Лого Сделано у нас
55

Как из нанотрубки сделать крошечный транзистор

 © minobrnauki.gov.ru

В статье в журнале Science российские ученые рассказывают о том, как создать внутримолекулярный транзистор на основе углеродных нанотрубок. Исследование проведено с иностранными коллегами из Национального института материаловедения (Цукуба, Япония), его результатом стало создание очень маленького транзистора, который может использоваться в будущих поколениях вычислительных устройств.

Углеродные нанотрубки (УНТ) — это самые жесткие и прочные синтезированные материалы, они обладают уникальными электрическими и тепловыми свойствами и имеют множество применений, от электроники до материаловедения. УНТ привлекают внимание исследователей с момента выхода первых работ Радушкевича и Лукьяновича в далеких 1950-х годах, а также Моринобу Эндо (Morinobu Endo) и Милдред Дрессельхаус (Mildred S. Dresselhaus) конца 1980-х.

Бум нанотрубок случился в 1991 году, с работы Сумио Иидзимы (Sumio Iijima), в которой он наблюдал гексагональную атомную структуру многостенных УНТ, доказав, таким образом, что нанотрубка — это свернутый лист графена. Однако, несмотря на стремительное развитие технологий, процесс разделения УНТ по свойствам и геометрическим параметрам все еще остается нерешенной проблемой.

«Любую углеродную нанотрубку можно представить в виде свернутого листа графена. При этом способ свертки определяет не только структуру трубок, но и их свойства. В зависимости от типа свертки они могут быть либо металлическими, либо полупроводниковыми», — рассказывает соавтор исследования, старший научный сотрудник Института биохимической физики им. Н.М. Эмануэля (ИБХФ) РАН, доктор физико-математических наук Дмитрий Квашнин.

Результатами исследования стало создание внутримолекулярного транзистора на основе УНТ. Японские исследователи из Национального института материаловедения (Цукуба, Япония) смогли путем сильного нагрева и приложения механических деформаций в контролируемом режиме избирательно изменять диаметр отдельных нанотрубок внутри просвечивающего электронного микроскопа.

«Было сделано крайне интересное фундаментальное открытие. Наблюдаемый эффект может привести к разработке крошечных транзисторов для будущих поколений передовых вычислительных устройств», — заключил ученый.

 © minobrnauki.gov.ru

Рисунок 1 Сверху вниз, слева направо: Схематическое изображение внутримолекулярного транзистора. ПЭМ изображение УНТ после термомеханической обработки. Результаты расчета распространения электронного фронта через УНТ с переменной хиральностью

Сотрудники ИБХФ РАН Дмитрий Квашнин и Виктор Демин рассчитали распространение электронной волны и выяснили, что изменение диаметра привело к тому, что внутри одного нанометрового объекта образовался непрерывный переход металл-полупроводник-металл.

«Наблюдаемые эффекты являются аналогом интерференции на атомарном уровне, а полученное устройство — квантовым интерферометром Фабри-Перо», — пояснил Дмитрий Квашнин.

Ученые из Национальный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСиС» доктор физико-математических наук Павел Сорокин и кандидат физико-математических наук Сергей Ерохин предложили принципиально новый механизм изменения диаметра нанотрубок под действием тепла и механического растяжения.

«Из-за воздействия сильного нагрева нами был принят во внимание эффект испарения углеродных димеров и связанный с этим процесс образования дефектов, которые и приводят к такому изменению структуры нанотрубок, в полном соответствии с экспериментальными наблюдениями», — прокомментировал соавтор исследований, ведущий научный сотрудник НИТУ МИСиС Павел Сорокин.

Результаты многолетней работы свидетельствуют о перспективах контролируемого изменения хиральности (свойстве молекул не совмещаться в пространстве со своим зеркальным отражением) одностенных углеродных нанотрубок. Это открывает возможности для создания транзисторов субнанометровых размеров, демонстрирующих квантовую интерференцию при комнатной температуре.

Именно такие УНТ будут востребованы в наноэлектронных устройствах нового поколения.

Результаты исследования опубликованы в журнале Science (Science, 374 (6575) 1616-1620 (2021), 10.1126/science.abi8884)

  • 6
    Clausson Clausson
    10.02.2221:09:13

    Такое и фантастам не снилось…

  • 1
    Е.Юрий Е.Юрий
    11.02.2202:04:19

       

    Между прочим это далеко не первое применение нанотрубок — была статья несколько лет назад о разработке сибирских учёных высокоемкогл накопителя информации на основе этих самых нанотрубок — там скорости у прототипа были запредельные, а ёмкость на единицу площади огромна. Пока не смог отыскать здесь эту статью.

  • 0
    Нет аватара RF
    11.02.2216:20:13

    Сопрут японцы идеи, и выпустят на рынок. Нельзя с ними работать.

    • 1
      Roman Wyrzykowski Roman Wyrzykowski
      11.02.2216:39:15

      Тут по сути фундаментальные исследования — фундаментальная научная база — достояние человечества и шанс на практические применения.

      Сейчас непонятно даже во что нужно вкладывать деньги — особенно большие.

      • 1
        Нет аватара termometrix
        11.02.2217:35:08

        Тут по сути фундаментальные исследования — фундаментальная научная база — достояние человечества и шанс на практические применения.

        Соврешенно верно.

        Японский центр материаловедения в Цукубе любезно предоставил свою материально-техническую базу для совместных исследований с российскими институтами.Такие сложные и капиталоемкие исследования в большинстве случаев проводятся в рамках международного сотрудничества и кооперации. Как сложится дальнейшая судьба достигнутых результатов и успех по продвижению наукоемкой продукции- зависит от многих вещей.

        Отредактировано: termometrix~17:37 11.02.22
    • 1
      Нет аватара termometrix
      11.02.2217:29:59

      Сопрут японцы идеи, и выпустят на рынок.

      Совместное исследование, в чем виноваты японцы, если наши компании или госсектор не хотят коммерциализировать достигнутые результаты?!

      Если вообще коммерциализация этого открытия возможна в обозримом будущем…

      Отредактировано: termometrix~17:39 11.02.22
  • 1
    Нет аватара termometrix
    11.02.2218:06:49

    Есть и сложности.Углеродные НТ, которые являются основой нового процессора, могут быть выращены с помощью достаточно простого метода химического осаждения углерода из паровой фазы. Но в ходе такого процесса могут быть получены углеродные НТ, обладающие металлическими или полупроводниковыми свойствами. «Металлические» токопроводящие НТ являются нежелательными, поскольку они действуют как микропроводники, которые могут произвести короткие замыкания в электронной схеме.

    Другим камнем преткновения является упорядочивание выращенных углеродных НТ. Используя специальные «шаблонные» подложки можно добиться роста параллельных НТ, выровненных в одном определенном направлении. Но, некоторая часть из них обязательно отклонится от общего направления и соединится с соседними НТ, замкнув их электрические цепи.

Написать комментарий
Отмена
Для комментирования вам необходимо зарегистрироваться и войти на сайт,