(Phys.org) —Junhao Lin, en Vanderbilt University Ph.D. student och gästforskare vid Oak Ridge National Laboratory (ORNL), har hittat ett sätt att använda en finfokuserad elektronstråle för att skapa några av de minsta ledningar som någonsin gjorts. De flexibla metalltrådarna är bara tre atomer breda:En tusendel av bredden på de mikroskopiska trådarna som används för att ansluta transistorerna i dagens integrerade kretsar.

Lins prestation beskrivs i en artikel som publicerades online den 28 april av tidskriften Naturens nanoteknik . Enligt hans rådgivare Sokrates Pantelides, University Distinguished Professor of Physics and Engineering vid Vanderbilt University, och hans medarbetare på ORNL, Tekniken representerar ett spännande nytt sätt att manipulera materia på nanoskala och bör ge ett uppsving för ansträngningarna att skapa elektroniska kretsar av atomära monolager, den tunnaste möjliga formfaktorn för fasta föremål.

"Junhao tog det här projektet och sprang verkligen med det, sa Pantelides.

Lin gjorde de små trådarna från en speciell familj av halvledande material som naturligt bildar monolager. Dessa material, kallade övergångsmetalldikalkogenider (TMDC), tillverkas genom att kombinera metallerna molybden eller volfram med antingen svavel eller selen. Den mest kända medlemmen av familjen är molybdendisulfid, ett vanligt mineral som används som ett fast smörjmedel.

Atomiska monolager är föremål för stort vetenskapligt intresse i dessa dagar eftersom de tenderar att ha ett antal anmärkningsvärda egenskaper, som exceptionell styrka och flexibilitet, transparens och hög elektronrörlighet. Detta intresse väcktes 2004 av upptäckten av ett enkelt sätt att skapa grafen, ett bikakenät i atomär skala av kolatomer som har uppvisat ett antal rekordbrytande egenskaper, inklusive styrka, el och värmeledning. Trots grafens överlägsna egenskaper, experter har haft problem med att omvandla dem till användbara enheter, en process som materialforskare kallar funktionalisering. Så forskare har vänt sig till andra monolagermaterial som TMDC.

Andra forskargrupper har redan skapat fungerande transistorer och flashminnesportar av TMDC-material. Så upptäckten av hur man gör ledningar ger medlet för att sammankoppla dessa grundläggande element. Bredvid transistorerna, ledningar är en av de viktigaste delarna av en integrerad krets. Även om dagens integrerade kretsar (chips) är lika stora som en miniatyrbild, de innehåller mer än 20 miles av kopparledningar.

"Detta kommer sannolikt att stimulera ett enormt forskningsintresse för design av enskiktskretsar, ", sa Lin. "Eftersom den här tekniken använder elektronbestrålning, den kan i princip tillämpas på alla typer av elektronbaserade instrument, såsom elektronstrålelitografi."

En av de spännande egenskaperna hos enskiktskretsar är dess seghet och flexibilitet. Det är för tidigt att förutsäga vilka typer av applikationer det kommer att producera, men "Om du släpper din fantasi, du kan föreställa dig surfplattor och tv-skärmar som är tunna som ett pappersark som du kan rulla ihop och stoppa i fickan eller handväskan, " kommenterade Pantelides.

Dessutom, Lin föreställer sig att den nya tekniken skulle kunna göra det möjligt att skapa tredimensionella kretsar genom att stapla monolager "som legoklossar" och använda elektronstrålar för att tillverka ledningarna som förbinder de staplade lagren.

Tillverkningen av nanotråden utfördes på ORNL i mikroskopigruppen som tills nyligen leddes av Stephen J. Pennycook, som en del av ett pågående Vanderbilt-ORNL-samarbete som kombinerar mikroskopi och teori för att studera komplexa materialsystem. Junhao är en doktorand som bedriver både teori och elektronmikroskopi i sin doktorandforskning. Hans primära mentor för mikroskopi har varit ORNL Wigner Fellow Wu Zhou.

"Junhao använde ett sveptransmissionselektronmikroskop (STEM) som kan fokusera en elektronstråle ner till en bredd av en halv ångström (ungefär hälften så stor som en atom) och riktar denna stråle med utsökt precision, " sa Zhou.