「基本的な発見」は、ナノチューブを小さなトランジスタに変えるために使用されます-人間の髪の毛の幅の25,000分の1

左端と右端に金属セグメントがあり、それらの間に約3.0nmの超短半導体チャネルがある単層ナノチューブの分子接合の設計図。 クレジット：モスクワ国立科学技術大学

国際的な研究者チームは、電子顕微鏡に挿入された独自の機器を使用して、人間の髪の毛の幅の25,000分の1のトランジスタを作成しました。

Scienceに掲載されたこの研究には、5年前に始まったプロジェクトに取り組んだ日本、中国、ロシア、オーストラリアの研究者が参加しました。

研究プロジェクトを主導したQUT材料科学センターの共同ディレクターであるDmitriyGolberg教授は、その結果は、次世代の高度なコンピューティングのための小型トランジスタの将来の開発への道を開くことができる「非常に興味深い基本的な発見」であると述べました。デバイス。

Dmitriy Golberg教授は、電子顕微鏡に挿入された独自の機器を使用して、人間の髪の毛の幅より25,000小さいトランジスタを作成するチームを率いました。 クレジット：QUT

「この研究では、単一のカーボンナノチューブの電子特性を制御できることを示しました」とGolberg教授は述べています。

研究者たちは、電力と低電圧を同時に印加し、外管のケーシングが分離して単層ナノチューブを残すまで、数層からなるカーボンナノチューブを加熱することによって小さなトランジスタを作成しました。

次に、熱とひずみによってナノチューブの「絡み合い」が変化しました。これは、炭素原子が融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の再配列を意味します。

炭素原子をつなぐ新しい構造の結果、ナノチューブはトランジスタに変化しました。

モスクワの国立科学技術大学のゴルバーグ教授のチームのメンバーは、トランジスタで観察された原子構造と特性の変化を説明する理論を作成しました。

日本のナノ材料国際建築センターの筆頭著者であるDai-MingTang博士は、この研究は、ナノチューブの分子特性を操作してナノ電気デバイスを製造する能力を実証したと述べた。

タン博士は、5年前にガルバーグ教授がこのセンターの研究グループを率いたときにプロジェクトに取り組み始めました。

「半導体カーボンナノチューブは、シリコンを超えた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Tang博士は述べています。

ただし、原子の形状と電子構造を一意に決定する個々のカーボンナノチューブの異方性は、制御が難しいままです。

「この研究では、機械的な加熱と圧力によって金属ナノチューブセグメントの局所的なコントラストを変化させることにより、分子内カーボンナノチューブトランジスタを設計および製造しました。」

ゴルバーグ教授は、小さなトランジスタを作成するための基礎科学を実証する研究は、シリコンを超えたマイクロプロセッサを構築するための有望なステップであると述べました。

電子信号の切り替えと増幅に使用されるトランジスタは、コンピュータを含むすべての電子デバイスの「ビルディングブロック」と呼ばれることがよくあります。 たとえば、Appleによれば、将来のiPhoneに電力を供給するチップには150億個のトランジスタが含まれています。

コンピュータ業界は何十年もの間、ますます小型のトランジスタの開発に注力してきましたが、シリコンの限界に直面しています。

近年、研究者たちはナノスケールトランジスタの開発において重要な進歩を遂げました。ナノスケールトランジスタは非常に小さいため、何百万ものトランジスタがピンヘッドに収まります。

「トランジスタをナノメートルスケールに小型化することは、現代の半導体およびナノテクノロジー産業に大きな課題をもたらします」とGolberg教授は述べています。

「現在の発見は、小さな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、ナノチューブの熱機械的処理を使用して、望ましい特性を備えた最小のトランジスタを取得するための新しい地平を開きます。」

参考：「熱機械的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ネル」、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、Masonori Mitome、Yoshihiro Nemoto、Fumihiko Uesugi、Masaki Takeguchi、Shigeo Maruyama、Hui-Ming Cheng、Yoshio Bando、Lishiu Bando、 Pavel BSorokinおよびDmitriyGolberg、2021年12月23日ここで入手可能。 化学。
DOI：10.1126 / science.abi8884