Chongwu Zhou håller upp en bit plastsubstrat som används för att bygga transistorer och kretsar i nanoskala.
(Phys.org)—Med en ny metod, forskare kan nu odla kolnanorörshalvledare med fördefinierade strukturer, vilket kan bana väg för att kol kan användas i framtidens elektronik.
Hjärtat i datorindustrin är känt som "Silicon Valley" av en anledning. Datorchips med integrerade kretsar har tillverkats av kisel sedan datorernas barndom på 1960-talet. Nu, tack vare ett team av USC-forskare, kolnanorör kan dyka upp som en utmanare till kiseltronen.
Forskare och industriexperter har länge spekulerat i att kolnanorörstransistorer en dag skulle ersätta deras kiselföregångare. 1998, Delft University byggde världens första kolnanorörstransistorer – kolnanorör har potential att bli mycket mindre, snabbare, och förbrukar mindre ström än kiseltransistorer.
En viktig anledning till att kolnanorör inte finns i din dator just nu är att de är svåra att tillverka på ett förutsägbart sätt. Forskare har haft svårt att kontrollera tillverkningen av nanorör till rätt diameter, typ och slutligen chiralitet, faktorer som styr nanorörens elektriska och mekaniska egenskaper.
Kloning av nanorör:I denna datormodell, små, förvalda nanorörs "frön" (gula) odlas till långa nanorör med samma vridning eller "kiralitet" i en högtemperaturgas av små kolföreningar. Kredit:USC
Tänk på chiralitet så här:om du tog ett ark anteckningsbokpapper och rullade det rakt upp till ett rör, det skulle ha en viss chiralitet. Om du rullade upp samma ark i en vinkel, det skulle ha en annan chiralitet. I det här exemplet, anteckningsbokens papper representerar ett ark av kolatomer med galler som rullas ihop för att skapa ett nanorör.
Ett team ledd av professor Chongwu Zhou från USC Viterbi School of Engineering och Ming Zheng från National Institute of Standards and Technology i Maryland löste problemet genom att uppfinna ett system som konsekvent producerar kolnanorör med en förutsägbar diameter och chiralitet.
Zhou arbetade med sina gruppmedlemmar Jia Liu, Chuan Wang, Bilu Liu, Liang Chen, och Ming Zheng och Xiaomin Tu från National Institute of Standards and Technology i Maryland.
"Att kontrollera kiraliteten hos kolnanorör har varit en dröm för många forskare. Nu har drömmen gått i uppfyllelse." sa Zhou. Teamet har redan patenterat sin innovation, och dess forskning kommer att publiceras 13 november i Naturkommunikation .
Kolnanorör odlas vanligtvis med hjälp av ett system för kemisk ångavsättning (CVD) där en kemiskt spetsad gas pumpas in i en kammare som innehåller substrat med nanopartiklar av metallkatalysator, på vilka nanorören växer. Det anses allmänt att nanorörens diametrar bestäms av storleken på de katalytiska metallnanopartiklarna. Dock, försök att kontrollera katalysatorerna i hopp om att uppnå kiralitetskontrollerad tillväxt av nanorör har inte varit framgångsrika.
USC-teamets innovation var att kasta bort katalysatorn och istället plantera bitar av kolnanorör som har separerats och förvalts baserat på kiralitet, med hjälp av en nanorörsseparationsteknik utvecklad och fulländad av Zheng och hans medarbetare på NIST. Använder de bitarna som frön, teamet använde kemisk ångavsättning för att förlänga fröna för att få mycket längre nanorör, som visade sig ha samma kiralitet som fröna..
Processen kallas "nanorörskloning". Nästa steg i forskningen blir att noggrant studera mekanismen för nanorörstillväxten i detta system, att skala upp kloningsprocessen för att få stora mängder kiralitetskontrollerade nanorör, och att använda dessa nanorör för elektroniska applikationer
