ナノチューブを人の髪の幅より25,000倍小さい小さなトランジスタに変えるために使用された「基本的な発見」

国際研究者チームは、電子顕微鏡に挿入されたユニークなツールを使用して、人の髪の幅より25,000倍小さいトランジスタを作成しました。

Science Journalに発表されたこの研究には、5年前に始まったプロジェクトに参加した日本、中国、ロシア、オーストラリアの研究者が参加しました。

この研究プロジェクトを主導したQUT材料科学センター共同所長のDmitri Golberg教授は、その結果が「非常に興味深い根本的な発見」であると述べた。 これは、未来世代の先進的なコンピューティングデバイスのための超小型トランジスタの将来の開発をリードする方法になると言いました。

Dmitri Golberg教授は、電子顕微鏡に挿入されたユニークなツールを使用して、人の髪の幅より25,000倍小さいトランジスタを作成するチームをリードしました。 クレジット: QUT

「この研究では、我々は個々のカーボンナノチューブの電子特性を制御することが可能であることを示した」とGolberg教授は言った。

研究者たちは、外側のチューブシェルが分離して単層ナノチューブだけが残るまで、数層のカーボンナノチューブを加熱する力と低電圧を同時に加えて小さなトランジスタを作りました。

熱と変形は、ナノチューブの「キラリティ」を変えました。これは、炭素原子が一緒に結合してナノチューブ壁の単一原子層を形成するパターンが再配列されたことを意味します。

炭素原子を接続する新しい構造の結果は、ナノチューブがトランジスタに変換されたことです。

モスクワ国立科学技術大学ゴルバーグ教授の研究チームは、原子構造の変化とトランジスタで観察される特性を説明する理論を作った。

日本のナノ構造工学国際センター（International Center for Materials Nanoarchitectonics）の上級著者であるDr。 Dai-Ming Tangは、この研究は、ナノサイズの電気機器を製造するためにナノチューブの分子特性を操作する能力を実証したと述べた。

Tang博士は5年前、Golberg教授がこのセンターの研究グループを率いたときにこのプロジェクトを始めました。

Tang博士は、「半導体カーボンナノチューブは、シリコンを超えてマイクロプロセッサを構築するためのエネルギー効率の高いナノトランジスタの製造に有望です」と述べた。

しかし、原子幾何学と電子構造を独特に決定する個々のカーボンナノチューブのキラル性を制御することは依然として大きな課題です。

「この作業では、加熱と機械的変形によって、金属ナノチューブセグメントの局所キラル性を変えることによって、カーボンナノチューブ分子内トランジスタを設計および製造しました」。

Golberg教授は、超小型トランジスタを作る基礎科学を立証する研究は、シリコンを超えてマイクロプロセッサを構築するための有望なステップだと述べました。

電子信号を切り替えて増幅するために使用されるトランジスタは、しばしばコンピュータを含むすべての電子デバイスの「コンポーネント」と呼ばれます。 たとえば、Appleは、将来のiPhoneを駆動するチップに150億のトランジスタが含まれていると言います。

コンピュータ業界は数十年にわたってますます小さなトランジスタの開発に注力してきたが、シリコンの限界に直面している。

近年、研究者は数百万のピンヘッドに入るのに十分な小さなナノトランジスタを開発するための重要なステップを経ました。

Golberg教授は、次のように述べています。

「今回の発見は、超小型トランジスタの大量生産には実用的ではありませんが、新しい製造原理を示し、所望の特性を持つ最小のトランジスタを得るためにナノチューブの熱機械的処理を使用する新しい地平を開きました.」

参照：Dai-Ming Tang、Sergey V. Erohin、Dmitry G. Kvashnin、Victor A. Demin、Ovidiu Cretu、Song Jiang、Lili Zhang、Peng-Xiang Hou、Guohaiの「熱力学的キラリティ変化による金属カーボンナノチューブの半導体ナノチャンネル” Chen, Don N. Futaba, Yongjia Zheng, Rong Xiang, Xin Zhou, Feng-Chun Hsia, Naoyuki Kawamoto, Mitome Masanori, Nemoto Yoshihiro, Uesugi 文彦, Masaki Takeguchi, Shigeo Maruyama, Hui-Ming 、Chang Liu、Pavel B. Sorokin、Dmitri Golberg、2021年12月23日、 科学。
DOI：10.1126/science.abi8884