Vista diseñada de una unión molecular de un nanotubo de pared simple con segmentos metálicos en los extremos izquierdo y derecho y un canal semiconductor ultracorto de ~ 3.0 nm entre ellos. Crédito: Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología, Moscú
Un equipo internacional de investigadores ha utilizado un instrumento único insertado en un microscopio electrónico para crear un transistor 25.000 veces más pequeño que el ancho de un cabello humano.
La investigación, publicada en Science, involucró a investigadores de Japón, China, Rusia y Australia que trabajaron en el proyecto que comenzó hace cinco años.
El profesor Dmitriy Golberg, codirector del Centro QUT de Ciencia de Materiales, quien dirigió el proyecto de investigación, dijo que el resultado fue un «descubrimiento fundamental muy interesante» que podría abrir el camino para el desarrollo futuro de pequeños transistores para las generaciones futuras de computación avanzada. dispositivos.
El profesor Dmitriy Golberg dirigió un equipo que utilizó un instrumento único insertado en un microscopio electrónico para crear un transistor 25.000 más pequeño que el ancho de un cabello humano. Crédito: QUT
«En este trabajo, hemos demostrado que es posible controlar las propiedades electrónicas de un solo nanotubo de carbono», dijo el profesor Golberg.
Los investigadores crearon el diminuto transistor aplicando simultáneamente energía y bajo voltaje, calentando un nanotubo de carbono que consta de unas pocas capas hasta que las carcasas del tubo exterior se separan, dejando un nanotubo de una sola capa.
Luego, el calor y la tensión alteraron el «entrelazamiento» del nanotubo, es decir, una reorganización del patrón en el que los átomos de carbono se fusionan para formar la capa atómica única de la pared del nanotubo.
El resultado de la nueva estructura que conecta los átomos de carbono fue que el nanotubo se transformó en un transistor.
Los miembros del equipo del profesor Golberg de la Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología de Moscú han creado una teoría que explica los cambios en la estructura atómica y las propiedades observadas en el transistor.
El autor principal, el Dr. Dai-Ming Tang, del Centro Internacional de Arquitectura de Nanomateriales en Japón, dijo que la investigación demostró la capacidad de manipular las propiedades moleculares del nanotubo para fabricar dispositivos nanoeléctricos.
El Dr. Tang comenzó a trabajar en el proyecto hace cinco años cuando el profesor Gulberg dirigió el grupo de investigación de este centro.
«Los nanotubos de carbono semiconductores son prometedores para la fabricación de nano-transistores energéticamente eficientes para construir microprocesadores que van más allá del silicio», dijo el Dr. Tang.
Sin embargo, la anisotropía de los nanotubos de carbono individuales, que determina de forma única la geometría atómica y la estructura electrónica, sigue siendo difícil de controlar.
«En este trabajo, diseñamos y fabricamos transistores de nanotubos de carbono intramoleculares alterando el contraste local del segmento de nanotubos metálicos mediante calentamiento y presión mecánicos».
El profesor Golberg dijo que la investigación que demuestra la ciencia fundamental en la creación del pequeño transistor fue un paso prometedor hacia la construcción de microprocesadores que van más allá del silicio.
Los transistores, que se utilizan para conmutar y amplificar señales electrónicas, a menudo se denominan «bloques de construcción» de todos los dispositivos electrónicos, incluidas las computadoras. Por ejemplo, Apple dice que el chip que alimenta los futuros iPhones contiene 15 mil millones de transistores.
La industria informática se ha centrado en el desarrollo de transistores cada vez más pequeños durante décadas, pero se enfrenta a las limitaciones del silicio.
En los últimos años, los investigadores han dado pasos importantes en el desarrollo de transistores a nanoescala, que son tan pequeños que millones de ellos pueden caber en la cabeza de un alfiler.
«La miniaturización de transistores a escala nanométrica presenta un gran desafío para la industria moderna de semiconductores y nanotecnología», dijo el profesor Golberg.
«El descubrimiento actual, aunque poco práctico para la producción en masa de pequeños transistores, demuestra un nuevo principio de fabricación y abre un nuevo horizonte para el uso de tratamientos termomecánicos de nanotubos para obtener los transistores más pequeños con las propiedades deseadas».
Referencia: “Nanocanales semiconductores en nanotubos de carbono metálico por cambio termomecánico” por 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, Yoshiu Bando Pavel B Sorokin y Dmitriy Golberg, 23 de diciembre de 2021 Disponible aquí. Ciencias.
DOI: 10.1126 / science.abi8884
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