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科学家打造出微型晶体管:宽度只有头发的1/25000

2021-12-26 13:47 · 稿源: cnbeta

一个国际研究小组通过利用一个插入电子显微镜的独特工具创造出了一个只有人的头发宽度1/25000的晶体管。这项研究已发表在《科学》上,来自日本、中国、俄罗斯和澳大利亚的研究人员参与了这项于五年前开始的项目。

领导该研究项目的昆士兰大学材料科学中心联合主任Dmitri Golberg教授指出,这项成果是一个“非常有趣的基础性发现”,它可以为未来开发微小的晶体管并用于未来几代的先进计算设备引路。

Golberg教授表示:“在这项工作中,我们已经表明有可能控制单个碳纳米管的电子特性。”

研究人员通过同时施加一个力和低电压、加热由几层组成的碳纳米管直到外管壳分离并只留下一个单层纳米管创造出了这个微型晶体管。

其中,热量和应变改变了纳米管的“相似性”,这意味着碳原子连接在一起形成纳米管壁的单原子层的模式被重新排列。

连接碳原子的新结构的结果是,纳米管被转化为一个晶体管。

来自莫斯科国立科技大学的Golberg教授的团队成员则创建了一个理论,其解释了在晶体管中观察到的原子结构和特性的变化。

研究论文的第一作者、来自日本国际材料纳米架构中心的Dai-Ming Tang博士则表示,这项研究证明了操纵纳米管的分子特性来制造纳米级电气设备的能力。Tang博士于五年前开始从事该项目。

Tang博士表示:“半导体碳纳米管在制造高能效的纳米晶体管以构建超越硅的微处理器方面非常有发展前景。然而,控制单个碳纳米管的手性仍是一个巨大的挑战,它独特地决定了原子的几何形状和电子结构。在这项工作中,我们通过加热和机械应变来改变金属纳米管段的局部手性、设计并制造了碳纳米管分子内晶体管。”

Golberg教授指出,在展示创造微小晶体管的基础科学方面的研究是朝着建立超越硅微处理器迈出的有希望的一步。

晶体管用于切换和放大电子信号,通常被称为包括计算机在内的所有电子设备的“构建块”。比如苹果说的,为未来iPhone手机提供动力的芯片包含有150亿个晶体管。

几十年来,计算机行业一直专注于开发越来越小的晶体管,但又不得不面对硅的限制。

近年来,研究人员在开发纳米晶体管方面取得了重大进展,这种晶体管非常小,数以百万计的晶体管可以装在一个针头上。

“将晶体管微型化到纳米尺度是现代半导体工业和纳米技术的一个巨大挑战。目前的发现,尽管对于大规模生产微小的晶体管来说并不实用,但还是展示了一种新颖的制造原理并为使用纳米管的热力学处理来获得具有所需特性的最小的晶体管开辟了新的前景,”Golberg教授说道。

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