Flytta dig, kisel. I ett genombrott i jakten på nästa generation av datorer och material, forskare vid USC har löst en långvarig utmaning med kolnanorör:hur man faktiskt bygger dem med specifika, förutsägbara atomstrukturer.
"Vi löser ett grundläggande problem med kolnanoröret, sade Chongwu Zhou, professor vid Ming Hsieh Department of Electrical Engineering vid USC Viterbi School of Engineering och motsvarande författare till studien publicerad 23 augusti i tidskriften Nanobokstäver . "För att kunna kontrollera atomstrukturen, eller kiralitet, av nanorör har i grunden varit vår dröm, en dröm i nanorörsfältet."
Om detta är en tidsålder byggd på kisel, då kan nästa byggas på kolnanorör, som har visat lovande inom allt från optik till energilagring till pekskärmar. Inte bara är nanorör genomskinliga, men denna forskningsupptäckt om hur man kontrollerar atomstrukturen hos nanorör kommer att bana väg för datorer som är mindre, snabbare och mer energieffektiva än de som är beroende av kiseltransistorer.
"Vi arbetar nu med att skala upp processen, Zhou sa. "Vår metod kan revotionisera fältet och avsevärt driva fram de verkliga tillämpningarna av nanorör på många områden."
Tills nu, forskare kunde inte "odla" kolnanorör med specifika egenskaper - säg metalliskt snarare än halvledande - istället för att blandas, slumpmässiga partier och sedan sortera dem. Sorteringsprocessen förkortade också nanorören avsevärt, gör materialet mindre praktiskt för många tillämpningar.
I mer än tre år, USC-teamet har arbetat med idén att använda dessa korta sorterade nanorör som "frön" för att odla längre nanorör, förlänga dem vid höga temperaturer för att få den önskade atomstrukturen.
En tidning förra året av samma lag i Naturkommunikation beskrev tekniken, och i strömmen Nanobokstäver papper, forskarna rapporterar om sin senaste stora framgång:att identifiera "tillväxtrecepten" för att bygga kolnanorör med specifika atomstrukturer.
"Vi identifierar de mekanismer som krävs för massförstärkning av nanorör, " sa medförfattaren Jia Liu, en doktorand i kemi vid USC Dornsife College of Letters, Konst och vetenskap, minns ögonblicket då, ensam i ett mörkt rum, hon såg äntligen spektraldata som stöder deras metod. "Det var mitt Eureka-ögonblick."
"För att förstå beteenden för nanorörstillväxt kan vi producera större mängder nanorör och bättre kontrollera den tillväxten, " fortsatte hon.
Varje definierad typ av kolnanorör har en frekvens vid vilken den expanderar och drar ihop sig. Forskarna visade att de nyväxta nanorören hade samma atomstruktur genom att matcha Raman-frekvensen.
"Det här är ett mycket spännande område, och detta var det svåraste problemet, " sa medförfattaren Bilu Liu, en postdoktoral forskarassistent vid USC Viterbi School of Engineering. "Jag träffade professor Zhou [uppsatsens seniorförfattare] på en konferens och han sa att han ville ta sig an utmaningen att kontrollera atomstrukturen hos nanorör. Det var det som tog mig till hans labb, eftersom det var den största utmaningen."
Dessutom, studien fann att nanorör med olika strukturer också beter sig väldigt olika under sin tillväxt, med vissa nanorörsstrukturer som växer snabbare och andra växer längre under vissa förhållanden.
"Tidigare var det väldigt svårt att kontrollera kiraliteten, eller atomstruktur, av nanorör, särskilt när man använder metallnanopartiklar, " sa Bilu Liu. "Strukturerna kan se ganska lika ut, men egenskaperna är väldigt olika. I den här artikeln avkodar vi nanorörens atomstruktur och visar hur man kontrollerar exakt den atomstrukturen."
