Luglio 3, 2022

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La “scoperta del nucleo” trasformava i nanotubi in un minuscolo transistor – 25.000 volte più piccolo della larghezza di un capello umano

Vista progettata di una giunzione molecolare di un nanotubo a parete singola con segmenti metallici alle estremità sinistra e destra e un canale semiconduttore ultracorto di ~ 3,0 nm tra di loro. Credito: Università Nazionale della Scienza e della Tecnologia, Mosca

Un team internazionale di ricercatori ha utilizzato uno strumento unico inserito in un microscopio elettronico per creare un transistor 25.000 volte più piccolo della larghezza di un capello umano.

La ricerca, pubblicata su Science, ha coinvolto ricercatori provenienti da Giappone, Cina, Russia e Australia che hanno lavorato al progetto iniziato cinque anni fa.

Il professor Dmitriy Golberg, co-direttore del QUT Center for Materials Science, che ha guidato il progetto di ricerca, ha affermato che il risultato è stata una “scoperta fondamentale molto interessante” che potrebbe aprire la strada allo sviluppo futuro di piccoli transistor per le future generazioni di informatica avanzata dispositivi.

Dmitriy Golberg

Il professor Dmitriy Golberg ha guidato un team che ha utilizzato uno strumento unico inserito in un microscopio elettronico per creare un transistor 25.000 più piccolo della larghezza di un capello umano. Attestazione: QUT

“In questo lavoro, abbiamo dimostrato che è possibile controllare le proprietà elettroniche di un singolo nanotubo di carbonio”, ha affermato il professor Golberg.

I ricercatori hanno creato il minuscolo transistor applicando simultaneamente potenza e bassa tensione, riscaldando un nanotubo di carbonio costituito da pochi strati fino a quando gli involucri del tubo esterno non si separano, lasciando un nanotubo a strato singolo.

Quindi il calore e la tensione hanno alterato l'”entanglement” del nanotubo, ovvero un riarrangiamento del modello in cui gli atomi di carbonio si fondono insieme per formare il singolo strato atomico della parete del nanotubo.

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Il risultato della nuova struttura che collega gli atomi di carbonio è stato che il nanotubo è stato trasformato in un transistor.

I membri del team del professor Golberg dell’Università nazionale di scienza e tecnologia di Mosca hanno creato una teoria che spiega i cambiamenti nella struttura atomica e nelle proprietà osservate nel transistor.

L’autore principale, il dott. Dai-Ming Tang, dell’International Center for Architecture of Nanomaterials in Giappone, ha affermato che la ricerca ha dimostrato la capacità di manipolare le proprietà molecolari del nanotubo per fabbricare dispositivi nanoelettrici.

Il dottor Tang ha iniziato a lavorare al progetto cinque anni fa, quando il professor Gulberg ha guidato il gruppo di ricerca in questo centro.

“I nanotubi di carbonio semiconduttori sono promettenti per la fabbricazione di nano-transistor ad alta efficienza energetica per costruire microprocessori che vanno oltre il silicio”, ha affermato il dott. Tang.

Tuttavia, l’anisotropia dei singoli nanotubi di carbonio, che determina in modo univoco la geometria atomica e la struttura elettronica, rimane difficile da controllare.

“In questo lavoro, abbiamo progettato e fabbricato transistor di nanotubi di carbonio intramolecolari alterando il contrasto locale del segmento di nanotubi metallici mediante riscaldamento meccanico e pressione”.

Il professor Golberg ha affermato che la ricerca che dimostra la scienza fondamentale nella creazione del minuscolo transistor è stata un passo promettente verso la costruzione di microprocessori che vanno oltre il silicio.

I transistor, che vengono utilizzati per commutare e amplificare i segnali elettronici, sono spesso chiamati i “mattoni” di tutti i dispositivi elettronici, inclusi i computer. Ad esempio, Apple afferma che il chip che alimenta i futuri iPhone contiene 15 miliardi di transistor.

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L’industria informatica si è concentrata per decenni sullo sviluppo di transistor sempre più piccoli, ma deve affrontare i limiti del silicio.

Negli ultimi anni, i ricercatori hanno compiuto importanti passi avanti nello sviluppo di transistor su nanoscala, che sono così piccoli che milioni di essi possono stare in una testa di spillo.

“La miniaturizzazione dei transistor su scala nanometrica rappresenta una sfida importante per la moderna industria dei semiconduttori e delle nanotecnologie”, ha affermato il professor Golberg.

“L’attuale scoperta, sebbene poco pratica per la produzione di massa di piccoli transistor, dimostra un nuovo principio di fabbricazione e apre un nuovo orizzonte per l’uso di trattamenti termomeccanici dei nanotubi per ottenere i transistor più piccoli con le proprietà desiderate”.

Riferimento: “Nanocanali semiconduttori in nanotubi di carbonio metallici mediante cambiamento termomeccanico” di 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 Pavel B Sorokin e Dmitriy Golberg, 23 dicembre 2021 Disponibile qui. Scienza.
DOI: 10.1126 / science.abi8884