En designervy av en enväggig kolnanorörs intramolekylär korsning med metalliska delar på vänster och höger ände och en halvledar ultrakort ~3,0nm kanal däremellan. Kredit:National University of Science and Technology, Moskva
Ett internationellt team av forskare har använt ett unikt verktyg som satts in i ett elektronmikroskop för att skapa en transistor som är 25 000 gånger mindre än bredden på ett människohår.
Forskningen, publicerad i tidskriften Science , involverar forskare från Japan, Kina, Ryssland och Australien som har arbetat med projektet som startade för fem år sedan.
Meddirektör för QUT Center for Materials Science, professor Dmitri Golberg, som ledde forskningsprojektet, sa att resultatet var en "mycket intressant fundamental upptäckt" som kan leda till en framtida utveckling av små transistorer för framtida generationer av avancerade datorenheter.
"I detta arbete har vi visat att det är möjligt att kontrollera de elektroniska egenskaperna hos ett enskilt kolnanorör", sa professor Golberg.
Forskarna skapade den lilla transistorn genom att samtidigt applicera en kraft och låg spänning som värmde upp ett kolnanorör som består av ett fåtal lager tills de yttre rörskalen separeras, vilket bara lämnar ett enskiktigt nanorör.
Värmen och påfrestningen ändrade sedan nanorörets "chilaritet", vilket betyder att mönstret i vilket kolatomerna förenades för att bilda det enatomära lagret av nanorörets vägg omarrangerades.
Resultatet av den nya strukturen som förbinder kolatomerna var att nanoröret omvandlades till en transistor.
Professor Golbergs teammedlemmar från National University of Science and Technology i Moskva skapade en teori som förklarar förändringarna i atomstrukturen och egenskaper som observeras i transistorn.
Huvudförfattaren Dr. Dai-Ming Tang, från International Center for Materials Nanoarchitectonics i Japan, sa att forskningen hade visat förmågan att manipulera de molekylära egenskaperna hos nanoröret till tillverkade elektriska enheter i nanoskala.
Dr. Tang började arbeta med projektet för fem år sedan när professor Golberg ledde forskargruppen vid detta center.
"Halvledande nanorör av kol är lovande för tillverkning av energieffektiva nanotransistorer för att bygga mikroprocessorer utanför kisel," sa Dr. Tang.
"Det är dock fortfarande en stor utmaning att kontrollera kiraliteten hos enskilda kolnanorör, vilket unikt bestämmer atomgeometrin och den elektroniska strukturen.
"I detta arbete designade och tillverkade vi kolnanorörs intramolekylära transistorer genom att ändra den lokala kiraliteten hos ett metalliskt nanorörsegment genom uppvärmning och mekanisk påkänning."
Professor Golberg sa att forskningen för att demonstrera den grundläggande vetenskapen i att skapa den lilla transistorn var ett lovande steg mot att bygga mikroprocessorer bortom kisel.
Transistorer, som används för att koppla om och förstärka elektroniska signaler, kallas ofta "byggstenarna" för alla elektroniska enheter, inklusive datorer. Apple säger till exempel att chippet som driver framtida iPhones innehåller 15 miljarder transistorer.
Datorindustrin har varit fokuserad på att utveckla mindre och mindre transistorer i decennier, men står inför kiselets begränsningar.
Under de senaste åren har forskare tagit betydande steg i utvecklingen av nanotransistorer, som är så små att miljontals av dem skulle kunna passa in på ett nålhuvud.
"Miniatyrisering av transistorer ner till nanometerskala är en stor utmaning för den moderna halvledande industrin och nanotekniken," sa professor Golberg.
"Den nuvarande upptäckten, även om den inte är praktisk för en massproduktion av små transistorer, visar en ny tillverkningsprincip och öppnar upp en ny horisont för att använda termomekaniska behandlingar av nanorör för att erhålla de minsta transistorerna med önskade egenskaper." + Utforska vidare
