Исследователи из Токийского университета добились серьезного прорыва в материаловедении: им удалось синтезировать полупроводниковые нанотрубки диаметром всего 1 нанометр — это почти в 100 тыс. раз тоньше человеческого волоса. Такая миниатюрность выводит работу с наноструктурами на принципиально новый уровень.
Ключевая особенность разработки — технология синтеза. Ученые выращивали дисульфид молибдена внутри защитных трубок из нитрида бора. Подобная коаксиальная конструкция позволила сформировать бездефектную структуру с высокой однородностью и четко определённым расположением атомов. Это критически важно для инженерных решений будущего.
Долгое время основой перспективных разработок считались углеродные нанотрубки, однако у них есть существенный недостаток: даже микроскопический изгиб способен радикально поменять их свойства — надежный полупроводник может стать хаотичным металлическим проводником. Такая непредсказуемость делает массовое производство процессоров на их основе практически невозможным. Команда из Японии предложила действенную альтернативу: нанотрубки из дисульфида молибдена демонстрируют стабильную работу и сохраняют полупроводниковые характеристики даже при экстремально малых размерах.
Наша работа демонстрирует способ структурного контроля неорганических полупроводниковых нанотрубок на атомном уровне. Мы экспериментально доказали, что ширина запрещенной зоны (определяющая полупроводниковые свойства материалов) нанотрубок уменьшается по мере уменьшения их диаметра, что согласуется с теоретическими предсказаниями, сделанными более четверти века назад.
Полученные результаты не только открывают путь к созданию высокоминиатюрной электроники, датчиков высокого разрешения и исследований в области квантовой физики, но и ставят точку в научном споре, который длился 25 лет. Тем не менее до практического применения ещё далеко. Сейчас ученые решают ряд технических задач — в частности, работают над увеличением длины нанотрубок с нескольких сотен нанометров хотя бы до одного микрометра, чтобы сделать транзисторы работоспособными.
В перспективе метод может лечь в основу производства новых классов неорганических нанотрубок, включая магнитные и сверхпроводящие материалы. Это способно вывести нанотехнологии далеко за рамки углеродных систем и приблизить появление высокоточных материалов с атомарным контролем структуры. Исследование опубликовано в журнале Science 4 июня.
Ранее Наука Mail рассказывала, что шины предложено перерабатывать в водород и нанотрубки.