Forskare har utvecklat världens tunnaste metalliska nanotråd, som skulle kunna användas för att miniatyrisera många av de elektroniska komponenterna vi använder varje dag.

Forskarna, från universiteten i Cambridge och Warwick, har utvecklat en tråd gjord av en enda sträng telluratomer, vilket gör det till ett riktigt endimensionellt material. Dessa endimensionella ledningar tillverkas inuti extremt tunna kolnanorör (CNT) – ihåliga cylindrar gjorda av kolatomer. De färdiga "extrema nanotrådarna" är mindre än en miljarddels meter i diameter – 10, 000 gånger tunnare än ett människohår.

En enda sträng av atomer är så liten som material baserade på grundämnen i det periodiska systemet kan få, vilket gör dem potentiellt användbara för halvledare och andra elektroniska tillämpningar. Dock, dessa strängar kan vara instabila, eftersom deras atomer ständigt vibrerar och, i frånvaro av en fysisk begränsning, de kan sluta förvandlas till någon annan struktur eller sönderfalla helt.

Enligt Cambridge-forskarna, inkapsling av nanotrådarna är inte bara en användbar metod för att göra stabila endimensionella (1D) material, det kan vara nödvändigt att förhindra att de sönderfaller. Forskarna har också visat att det är möjligt att ändra formen och det elektroniska beteendet hos nanotrådarna genom att variera diametern på de rör som kapslar in dem. Deras resultat redovisas i tidskriften ACS Nano .

För att göra elektroniken snabbare och kraftfullare, fler transistorer måste klämmas på halvledarchips. Under de senaste 50 åren, antalet transistorer på ett enda chip har fördubblats vartannat år – detta är känt som Moores lag. Dock, vi närmar oss gränsen för hur liten en transistor kan vara innan kvanteffekter associerade med enskilda atomer och elektroner börjar störa dess normala funktion. Forskare undersöker för närvarande olika sätt att hålla jämna steg med Moores lag, och i sin tur hålla jämna steg med vår önskan om snabbare, billigare och kraftfullare elektronik. Endimensionella material kan vara en av lösningarna på utmaningen med miniatyrisering.

Cambridge-forskarna använde först datorsimuleringar för att förutsäga vilka typer av geometriska strukturer som skulle bildas om telluratomer injicerades i nanorör, och fann att 1D-ledningar kunde existera i ett sådant scenario.

Senare, labbbaserade tester, använda de mest avancerade teknikerna för syntes och visualisering av atomupplösning av sådana extrema material, utfördes av Warwick-forskarna för att bekräfta de teoretiska förutsägelserna. Inte bara kunde forskarna framgångsrikt 'bygga' stabila 1D-ledningar, men de fann att förändring av nanorörens diameter leder till förändringar i egenskaperna hos tellur.

Tellur beter sig normalt som en halvledare, men när det injiceras i kolnanorör och begränsas till en dimension, den börjar bete sig som en metall. Dessutom, medan inneslutningen som tillhandahålls av CNTs kan inducera drastiska förändringar i hur tellur beter sig, själva nanorören interagerar inte på något annat sätt med nanotrådarna av tellur.

"När man arbetar med material i mycket liten skala som denna, materialet av intresse behöver vanligtvis deponeras på en yta, men problemet är att dessa ytor normalt är mycket reaktiva, " sa Paulo Medeiros från Cambridges Cavendish Laboratory, och tidningens första författare. "Men kolnanorör är kemiskt ganska inerta, så de hjälper till att lösa ett av problemen när man försöker skapa verkligt endimensionella material.

"Dock, vi har precis börjat förstå fysiken och kemin i dessa system – det finns fortfarande mycket grundläggande fysik att avslöja."