Вирощуючи дисульфід молібдену всередині захисних трубок з нітриду бору, дослідники, у тому числі з Токійського університету, отримали високооднорідні трубки діаметром всього 1 нанометр — масштаб, за якого важко створити стабільні нанотрубкові структури. Ця робота підтверджує теоретичні передбачення, зроблені десятиліття тому, про поведінку цих ультратонких матеріалів і може також відкрити новий шлях мініатюризації електронних пристроїв.
Дослідження опубліковано у журналі Science.
Декілька років тому вуглецеві нанотрубки привертали багато уваги преси. Але з'явився новий претендент, який пропонує деякі переваги перед вуглецевим аналогом, які можуть спонукати інженерів розробляти продукти на їх основі.
Нанотрубки з дисульфіду молібдену (MoS2), хоча й мають експериментальний характер, вказують на можливості застосування в напівпровідниковій електроніці, високоточному зондуванні та дослідженнях у галузі квантової фізики. "Нам вдалося синтезувати напівпровідникові нанотрубки з атомною точністю та нанометровим діаметром. Коаксіальна структура, в якій напівпровідникова нанотрубка MoS2 оточена ізоляційною нанотрубкою з нітриду бору (BN), приваблива для транзисторів із затвором, що охоплює всю поверхню, — однією з найпередовіших архітектур транзисторів", — сказав доцент Юсуке Наканіші з кафедри передових матеріалів.
"У нашій статті подано спосіб структурного контролю неорганічних напівпровідникових нанотрубок на атомному рівні. Експериментально ми продемонстрували, що ширина забороненої зони (пов'язана з тим, як матеріали працюють як напівпровідники) нанотрубок зменшується в міру зменшення їх діаметра, що узгоджується з теоретичними передбаченнями, запропонованими понад чверть століття тому".
Традиційні методи одержання нанотрубок зазвичай обмежуються діаметрами понад 10 нанометрів, багатошаровими концентричними трубками та погано контрольованими чи нерегулярними атомними структурами.
Наканіші та його команда синтезували одношарові нанотрубки MoS2 шириною 1 нанометр із чітко визначеною атомною структурою. Їм удалося це зробити за допомогою хімічних реакцій усередині вузького простору нанотрубок BN. Обмежений простір стримує нанотрубки MoS2, які інакше було б важко сформувати, і сприяє чітко визначеним атомним розташуванням, необхідним для інженерних застосувань.
"У нанотрубках навіть невеликі структурні відмінності можуть сильно впливати на їх властивості. Якщо структуру можна точно контролювати, властивості стають стабільнішими, що вкрай важливо для надійної та відтворюваної роботи транзисторів. Їхня головна перевага — контроль структури на атомному рівні", — сказав Наканіші.
"Сучасні кремнієві транзистори зазвичай виготовляються шляхом травлення об'ємного кремнію, але стає все складніше підтримувати їхню структуру ідеальною при менших розмірах, де дефекти мають великий вплив".
"Вуглецеві нанотрубки також стикаються з проблемою застосування в транзисторах, оскільки навіть найдрібніші структурні відмінності можуть змінити їхню поведінку, у тому числі чи поводитимуться вони більше як метали або як напівпровідники. Наші нанотрубки можуть запропонувати надійніший спосіб створення надмалих напівпровідникових каналів з постійними властивостями".
Практичне застосування, ймовірно, ще попереду, і перед створенням транзисторних пристроїв, що працюють, залишаються важливі завдання. Зокрема, команда хоче збільшити довжину нанотрубок з нинішньої межі в кілька сотень нанометрів до приблизно 1 мікрометра (що становить 1000 нанометрів та одну тисячну міліметра).
Ще один перспективний напрямок пов'язаний з матеріалами: цей метод також може дозволити створювати інші неорганічні нанотрубки, включаючи магнітні та надпровідні матеріали. Дослідники сподіваються, що ця робота допоможе розширити науку про нанотрубки за межі вуглецевмісних систем і відчинить двері для ширшого класу атомно-точних нанотрубкових матеріалів для досліджень, сенсорики та більш дрібних та швидких пристроїв.
