Forskare från Tokyo Metropolitan University har använt kolnanorörsmallar för att producera nanotrådar av övergångsmetallmonokalkogenid (TMM), som bara är 3 atomer breda i diameter. Dessa är 50 gånger längre än tidigare försök och kan studeras isolerat, bevara egenskaperna hos atomärt kvasi "1D" objekt. Teamet såg att enstaka ledningar vrider sig när de störs, vilket tyder på att isolerade nanotrådar har unika mekaniska egenskaper som kan tillämpas på omkoppling i nanoelektronik.

Tvådimensionella material har gått från teoretisk nyfikenhet till verklig tillämpning på mindre än två decennier; det mest kända exemplet på dessa, grafen, består av välordnade ark av kolatomer. Även om vi är långt ifrån att utnyttja grafenens fulla potential, dess anmärkningsvärda elektriska och termiska ledningsförmåga, optiska egenskaper och mekanisk spänst har redan lett till ett brett utbud av industriella tillämpningar. Exempel inkluderar energilagringslösningar, biosensing, och även substrat för konstgjord vävnad.

Än, trots den framgångsrika övergången från 3D till 2D, barriären som separerar 2D och 1D har varit betydligt mer utmanande att övervinna. En klass av material som kallas övergångsmetallmonokalkogenider (TMM, övergångsmetall + grupp 16 element) har fått särskilt intresse som en potentiell nanotråd inom precisionsnanoelektronik. Teoretiska studier har funnits i över 30 år, och preliminära experimentella studier har också lyckats göra små mängder nanotråd, men dessa var vanligtvis buntade, för kort, blandat med bulkmaterial eller helt enkelt lågt utbyte, särskilt när precisionstekniker var inblandade, t.ex. litografi. Kombinationen var särskilt problematisk; krafter kända som van der Waals krafter skulle tvinga ledningarna att samlas, effektivt maskera alla unika egenskaper hos 1D-ledningar som man kanske vill komma åt och tillämpa.

Nu, ett team ledd av biträdande professor Yusuke Nakanishi från Tokyo Metropolitan University har lyckats producera bulkkvantiteter av välisolerade enstaka nanotrådar av TMM. De använde små, öppna rullar av enskiktskol, eller kolnanorör (CNT), att malla sammansättningen och reaktionen av molybden och tellur till trådar från en ånga. De lyckades tillverka enstaka isolerade ledningar av TMM, som bara var 3-atomer tjocka och femtio gånger längre än de som gjordes med befintliga metoder. Dessa nanometerstora CNT "provrör" visade sig inte heller vara kemiskt bundna till ledningarna, effektivt bevara egenskaperna som förväntas av isolerade TMM-trådar. Viktigt, de "skyddade" effektivt ledningarna från varandra, ger oöverträffad tillgång till hur dessa 1D-objekt beter sig isolerat.

När du avbildar dessa objekt med hjälp av transmissionselektronmikroskopi (TEM), teamet fann att dessa ledningar uppvisade en unik vridningseffekt när de exponerades för en elektronstråle. Sådant beteende har aldrig setts tidigare och förväntas vara unikt för isolerade ledningar. Övergången från en rak till vriden struktur kan erbjuda en ny omkopplingsmekanism när materialet är inkorporerat i mikroskopiska kretsar. Teamet hoppas att förmågan att göra välisolerade 1D nanotrådar avsevärt kan utöka vår förståelse av egenskaperna och mekanismerna bakom funktionen hos 1D-material.