Forskare från Tokyo Metropolitan University har upptäckt ett sätt att göra självmonterade nanotrådar av övergångsmetallkalkogenider i stor skala med hjälp av kemisk ångavsättning. Genom att ändra substratet där trådarna bildas, de kan ställa in hur dessa kablar är ordnade, från justerade konfigurationer av atomärt tunna ark till slumpmässiga nätverk av buntar. Detta banar väg för industriell implementering i nästa generations industriell elektronik, inklusive energiskörd, och transparent, effektiv, även flexibla enheter.

Elektronik handlar om att göra saker mindre – mindre funktioner på ett chip, till exempel, innebär mer datorkraft på samma mängd utrymme och bättre effektivitet, avgörande för att möta de allt hårdare kraven på en modern IT-infrastruktur som drivs av maskininlärning och artificiell intelligens. Och när enheterna blir mindre, samma krav ställs på den invecklade kabeldragningen som binder ihop allt. Det slutliga målet skulle vara en tråd som bara är en atom eller två i tjocklek. Sådana nanotrådar skulle börja utnyttja helt annan fysik eftersom elektronerna som färdas genom dem beter sig mer och mer som om de lever i en endimensionell värld, inte en 3D.

Faktiskt, forskare har redan material som kolnanorör och övergångsmetallkalkogenider (TMC), blandningar av övergångsmetaller och grupp 16-element som kan självmontera till nanotrådar i atomär skala. Problemet är att göra dem tillräckligt långa, och i skala. Ett sätt att massproducera nanotrådar skulle vara en game changer.

Nu, ett team ledd av Dr. Hong En Lim och docent Yasumitsu Miyata från Tokyo Metropolitan University har kommit på ett sätt att göra långa trådar av övergångsmetall tellurid nanotrådar i oöverträffad stor skala. Med hjälp av en process som kallas kemisk ångavsättning (CVD), de fann att de kunde montera TMC nanotrådar i olika arrangemang beroende på vilken yta eller substrat som de använder som mall. Exempel visas i figur 2; i en), nanotrådar odlade på ett kisel/kiseldioxidsubstrat bildar ett slumpmässigt nätverk av buntar; i B), trådarna monteras i en bestämd riktning på ett safirsubstrat, efter strukturen hos den underliggande safirkristallen. Genom att helt enkelt ändra var de odlas, teamet har nu tillgång till centimeterstora wafers täckta i det arrangemang de önskade, inklusive monolager, dubbelskikt och nätverk av buntar, alla med olika applikationer. De fann också att strukturen på själva trådarna var mycket kristallina och ordnade, och att deras egenskaper, inklusive deras utmärkta ledningsförmåga och 1D-liknande beteende, matchade de som finns i teoretiska förutsägelser.

Att ha stora mängder långa, mycket kristallina nanotrådar kommer säkerligen att hjälpa fysiker att karakterisera och studera dessa exotiska strukturer mer på djupet. Viktigt, det är ett spännande steg mot att se verkliga tillämpningar av atomärt tunna ledningar, inom transparent och flexibel elektronik, ultraeffektiva enheter och applikationer för energiskörd.