Banbrytande forskning publicerad i Natur av professor Feng Dings team från Centrum för flerdimensionella kolmaterial, inom Institute for Basic Science (IBS), i samarbete med professor Jin Zhangs team, vid Peking University och kollegor, har visat hur man kontrollerar syntesen av speciella små kolcylindrar som kallas kolnanorör (CNT), för att syntetisera horisontella matriser av CNT med samma struktur.

På grund av deras exceptionella mekaniska, elektriska och termiska egenskaper, CNT anses vara ett utmärkt alternativ till kisel för nästa generations mikroelektronik. Dock, eftersom CNT:s elektroniska egenskaper är strukturberoende, hitta ett pålitligt sätt att syntetisera CNT med samma struktur, snarare än en blandning av olika typer, har hållit forskare förbryllade under de senaste 20 åren.

CNT liknar ark av grafen som rullas upp för att bilda små rör, 100, 000 gånger tunnare än ett människohår. I verkligheten, dock, ingen rullning är involverad i syntesprocessen, och CNT växer vanligtvis från ytorna på små metallpartiklar, kallas katalysatorer, via katalytisk kemisk ångavsättning. Utöver att vara en stödjande struktur, katalysatorn sönderdelar kolvätemolekyler till kolatomer som bildar kolnanorören och underlättar införandet av kolatomer i den växande cylindern. Under 2014, Ding och hans medarbetare upptäckte att med användning av katalysatorer av fastmetalllegering, som W6Co7, kan leda till syntes av CNT med specifika strukturer. I deras senaste tidning, de utökade denna kunskap mycket mer.

Som i ett slagskeppsspel där båtarnas position definieras av två nummer, strukturen för CNT definieras av ett par index. IBS -forskare fann att de kunde växa både ledande (12, 6) och halvledande (8, 4) CNT med mycket hög selektivitet. Dessa strukturer är mycket önskvärda för möjliga tillämpningar i transistoranordningar.

Med tanke på katalysatorernas symmetri, kinetiken för CNT -tillväxt och storleken på katalysatorpartiklarna, forskarna kunde anpassa produktionen av CNT mot en dominerande typ. Vid användning av volframkarbid (WC) som katalysator, den (8, 4) CNT visar sig växa företrädesvis, medan om molybdenkarbid (Mo2C) användes, den (12, 6) strukturen var dominerande. "En specifik katalysator kan producera en specifik grupp CNT eftersom de delar samma symmetri, "förklarar professor Ding. Dessutom, CNT växer parallellt på ett substrat och kan därför användas för apparapplikationer direkt.

Den (8, 4) CNT:s renhet nådde 80-90%, vilket är bland det högsta som någonsin har uppnåtts experimentellt. "De teoretiska beräkningarna visar att selektiviteten kan vara större än 99,9%, som indikerar att det fortfarande finns ett stort utrymme för förbättringar, "förklarar professor Ding. Efter att ha producerat halvledande (8, 4) CNT -matriser för första gången, teamet syftar till att förstå och kontrollera bildandet av alla typer av kolnanorör, och förbättra selektiviteten i framtiden.