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| Vista de diseño de una unión intramolecular de nanotubos de carbono de pared simple con porciones metálicas en los extremos izquierdo y derecho y un canal semiconductor ultracorto de ~3,0 nm en medio. Crédito: Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología de Moscú |
Utilizando un microscopio electrónico de transmisión, un equipo de científicos de materiales dirigido por el Centro Internacional de Nanoarquitectura de Materiales de Japón y la Universidad Tecnológica de Queensland ha creado un transistor de nanotubos de carbono que es 25.000 más pequeño que la anchura de un cabello humano.
Los transistores, que se utilizan para conmutar y amplificar las señales electrónicas, suelen llamarse los bloques de construcción de todos los dispositivos electrónicos, incluidos los ordenadores.
La industria informática lleva décadas centrada en el desarrollo de transistores cada vez más pequeños, pero se enfrenta a las limitaciones del silicio.
En los últimos años, los investigadores han dado pasos importantes en el desarrollo de nanotransistores, que son tan pequeños que millones de ellos podrían caber en la cabeza de un alfiler.
"En este trabajo hemos demostrado que es posible controlar las propiedades electrónicas de un nanotubo de carbono individual", afirma el autor principal, el profesor Dmitri Golberg, investigador del Centro Internacional de Nanoarquitectónica de Materiales del Instituto Nacional de Ciencias de los Materiales de Japón y del Centro de Ciencias de los Materiales y la Facultad de Química y Física de la Universidad Tecnológica de Queensland.
En la investigación, el profesor Golberg y sus colegas crearon un diminuto transistor aplicando simultáneamente una fuerza y un bajo voltaje que calentaron un nanotubo de carbono formado por unas cuantas capas hasta que las envolturas exteriores del tubo se separaron, dejando solo un nanotubo de una sola capa.
El calor y la tensión cambiaron entonces la quiralidad del nanotubo, es decir, se reordenó el patrón de unión de los átomos de carbono para formar la capa monoatómica de la pared del nanotubo.
El resultado de la nueva estructura que conecta los átomos de carbono fue que el nanotubo se transformó en un transistor.
"La investigación demostró la capacidad de manipular las propiedades moleculares del nanotubo para fabricar un dispositivo eléctrico a nanoescala", dijo el primer autor, el Dr. Dai-Ming Tang, investigador del Centro Internacional de Nanoarquitectura de Materiales del Instituto Nacional de Ciencias de los Materiales de Japón.
"Los nanotubos de carbono semiconductores son prometedores para fabricar nanotransistores de bajo consumo para construir microprocesadores más allá del silicio".
"Sin embargo, sigue siendo un gran reto controlar la quiralidad de los nanotubos de carbono individuales, que determina de forma única la geometría atómica y la estructura electrónica".
"En este trabajo, diseñamos y fabricamos transistores intramoleculares de nanotubos de carbono alterando la quiralidad local de un segmento de nanotubo metálico mediante calentamiento y tensión mecánica".
"La investigación para demostrar la ciencia fundamental en la creación del diminuto transistor fue un paso prometedor hacia la construcción de microprocesadores más allá del silicio", dijo el profesor Golberg.
Fuentes, créditos y referencias:
Dai-Ming Tang et al., Semiconductor nanochannels in metallic carbon nanotubes by thermomechanical chirality alteration, Science (2021). DOI: 10.1126/science.abi8884