Термомеханическая обработка помогла создать транзистор из углеродной нанотрубки

Углеродные нанотрубки представляют собой свернутые в цилиндр листы графена. Такие структуры обладают удивительными электрическими свойствами, которые очень привлекательны при создании электронных устройств нового поколения. Во-первых, они очень хорошо проводят тепло, а потому сами почти не нагреваются, если пропускать через них электрический ток. Во-вторых, нанотрубки могут быть как проводниками, так и полупроводниками — все зависит от их хиральности, то есть того, как свернут лист графена. Если «шов» расположен вдоль всего цилиндра, получится проводник, не уступающий по характеристикам меди, а если по спирали — полупроводник не хуже кремния. Нанотрубки с разными свойствами можно объединить и получить наноразмерный транзистор, который станет основой очень компактных, но при этом производительных наноэлектронных устройств.

Проблема применения таких перспективных материалов состоит в том, что очень сложно получить нанотрубки определенной хиральности: при синтезе получается трудно разделимая смесь, а все предприятие оказывается неоправданно дорогим. 

Ученые НИТУ «МИСиС» и Института биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН вместе с иностранными коллегами придумали, как можно настраивать электронные свойства уже готовых нанотрубок. Сочетание нагрева с механическим воздействием в контролируемых условиях внутри просвечивающего электронного микроскопа помогло направленно изменять структуру материала и, соответственно, его проводимость. 

Коллектив смог изготовить крошечные, всего в 2,8 нанометра длиной, транзисторы: края трубки были проводниками, а центральная часть — полупроводником. Эксперименты также продемонстрировали, что на этих материалах можно реализовать когерентную квантовую интерференцию при комнатной температуре. Следующим шагом исследователей станет разработка способов стабилизации полученных структур. 

Работа опубликована в журнале Science.