‘Penemuan mendasar’ digunakan untuk mengubah nanotube menjadi transistor kecil – 25.000 kali lebih kecil dari lebar rambut manusia

Tampilan yang dirancang dari persimpangan molekul nanotube berdinding tunggal dengan segmen logam di ujung kiri dan kanan dan saluran semikonduktor ultrashort ~3,0 nm di antara keduanya. Kredit: Universitas Sains dan Teknologi Nasional, Moskow

Sebuah tim peneliti internasional telah menggunakan instrumen unik yang dimasukkan ke dalam mikroskop elektron untuk membuat transistor 25.000 kali lebih kecil dari lebar rambut manusia.

Penelitian yang dipublikasikan di Science ini melibatkan peneliti dari Jepang, China, Rusia, dan Australia yang mengerjakan proyek yang dimulai lima tahun lalu.

Profesor Dmitriy Golberg, co-director dari QUT Center for Materials Science, yang memimpin proyek penelitian, mengatakan bahwa hasilnya adalah “penemuan fundamental yang sangat menarik” yang dapat membuka jalan bagi pengembangan transistor kecil di masa depan untuk generasi masa depan komputasi canggih. perangkat.

Profesor Dmitriy Golberg memimpin tim yang menggunakan instrumen unik yang dimasukkan ke dalam mikroskop elektron untuk membuat transistor 25.000 lebih kecil dari lebar rambut manusia. Kredit: QUT

“Dalam pekerjaan ini, kami telah menunjukkan bahwa adalah mungkin untuk mengontrol sifat elektronik dari nanotube karbon tunggal,” kata Profesor Golberg.

Para peneliti menciptakan transistor kecil dengan secara bersamaan menerapkan daya dan tegangan rendah, memanaskan nanotube karbon yang terdiri dari beberapa lapisan sampai casing tabung luar terpisah, meninggalkan nanotube lapisan tunggal.

Kemudian panas dan regangan mengubah “belitan” nanotube, yang berarti penataan ulang pola di mana atom karbon bergabung bersama untuk membentuk lapisan atom tunggal dari dinding nanotube.

Hasil dari struktur baru yang menghubungkan atom karbon adalah bahwa nanotube diubah menjadi transistor.

Anggota tim Profesor Golberg dari Universitas Nasional Sains dan Teknologi di Moskow telah menciptakan teori yang menjelaskan perubahan struktur atom dan sifat yang diamati dalam transistor.

Penulis utama Dr Dai-Ming Tang, dari Pusat Internasional untuk Arsitektur Nanomaterials di Jepang, mengatakan penelitian menunjukkan kemampuan untuk memanipulasi sifat molekul nanotube untuk membuat perangkat nanoelectric.

Dr. Tang mulai mengerjakan proyek tersebut lima tahun lalu ketika Profesor Gulberg memimpin kelompok penelitian di pusat ini.

“Tabung nano karbon semikonduktor menjanjikan untuk membuat transistor nano hemat energi untuk membangun mikroprosesor yang melampaui silikon,” kata Dr. Tang.

Namun, anisotropi nanotube karbon individu, yang secara unik menentukan geometri atom dan struktur elektronik, tetap sulit dikendalikan.

“Dalam pekerjaan ini, kami merancang dan membuat transistor nanotube karbon intramolekul dengan mengubah kontras lokal segmen nanotube logam dengan pemanasan dan tekanan mekanis.”

Profesor Golberg mengatakan penelitian yang menunjukkan ilmu dasar dalam menciptakan transistor kecil adalah langkah yang menjanjikan untuk membangun mikroprosesor yang melampaui silikon.

Transistor, yang digunakan untuk beralih dan memperkuat sinyal elektronik, sering disebut “blok bangunan” dari semua perangkat elektronik, termasuk komputer. Misalnya, Apple mengatakan chip yang memberi daya pada iPhone masa depan berisi 15 miliar transistor.

Industri komputer telah berfokus pada pengembangan transistor yang lebih kecil dan lebih kecil selama beberapa dekade, tetapi menghadapi keterbatasan silikon.

Dalam beberapa tahun terakhir, para peneliti telah mengambil langkah penting dalam mengembangkan transistor skala nano, yang sangat kecil sehingga jutaan di antaranya dapat dimasukkan ke dalam kepala pin.

“Memperkecil transistor ke skala nanometer menghadirkan tantangan besar bagi industri semikonduktor dan nanoteknologi modern,” kata Profesor Golberg.

“Penemuan saat ini, meskipun tidak praktis untuk produksi massal transistor kecil, menunjukkan prinsip fabrikasi baru dan membuka cakrawala baru untuk penggunaan perawatan termomekanis nanotube untuk mendapatkan transistor terkecil dengan sifat yang diinginkan.”

Referensi: “Semiconductor nanochannels dalam metallic carbon nanotubes by thermomechanical change” oleh Dai-Ming Tang, Sergey V. Eruhen, Dmitriy J. Kvashnin, Victor A. Chen, Don N. Futaba, Yongjia Zheng, Rong Xiang, Xin Zhou, Feng-Chun Hsia, Naoyuki Kawamoto, Masanori Mitome, Yoshihiro Nemoto, Fumihiko Uesugi, Masaki Takeguchi, Shigeo Maruyama, Hui-Ming Cheng, Yoshio Bando, Lishiu Bando, Pavel B Sorokin dan Dmitriy Golberg, 23 Des 2021 Tersedia di sini. Sains.
DOI: 10.1126 / science.abi8884