Международному коллективу ученых из России и Японии удалось впервые продемонстрировать возможность контролируемого изменения хиральности углеродных нанотрубок. Это приближает данные наноструктуры к практическому применению в электронике и высокоточной сенсорике и делает возможным создание уникальных нанотранзисторов размером менее 3 нанометров. Помимо этого, был продемонстрирован эффект квантовой интерференции при комнатной температуре.
Внимание к углеродным нанотрубкам не ослабевает с момента первого наблюдения их структуры в 1991 году. Это связанно с возможными технологическими приложениями, основанными на их уникальных фундаментальных свойствах. Одной из особенностей углеродных нанотрубок является их хиральность, то есть закрученность структуры.
Идеальная нанотрубка - это цилиндр, полученный при свертывании слоя графена, причём способ свёртки определяет не только структуру, но и электронные свойства нанотрубки. С одной стороны, эта уникальная особенность привлекает внимание исследователей, с другой стороны - создаёт огромную проблему для дальнейших потенциальных приложений нанотрубок, так как именно хиральность определяет, металлом является нанотрубка или полупроводником, причём минимальное изменение "индекса хиральности" полностью меняет свойства нанотрубки.
В процессе синтеза в одном массиве могут вырасти нанотрубки и с металлическими, и с полупроводниковыми свойствами. Это делает невозможным массовое производство нанотрубок для электроники.
Ученые НИТУ "МИСиС" (Москва, Россия), Национального института материаловедения (Цукуба, Япония) и др. предложили способ, позволяющий модифицировать структуру уже готовых нанотрубок и изменять таким образом их проводящие свойства. Японская сторона провела экспериментальную часть, ученые НИТУ "МИСиС" разработали теорию, полностью объясняющую экспериментальные данные.
Как подчеркивают ученые, ранее теоретически предполагалось, что молекулярные переходы между металлическими и полупроводниковыми нанотрубками могут использоваться в качестве основных структур наноразмерных электронных устройств. Коллектив разработал и создал внутримолекулярный транзистор, в котором локальная хиральность была изменена термомеханической обработкой в контролируемой среде просвечивающего электронного микроскопа.
По мнению ученых, наблюдаемый эффект открывает путь к контролю свойств производимых нанотрубок, что решает самую главную проблему этого наноматериала.
Это позволит создавать самые маленькие в мире транзисторы без использования кремния. Они могут стать основой сверхсовременных гаджетов нового поколения. В настоящий момент коллектив продолжает исследования произведенных образцов для стабилизации полученного состояния нанотрубок.
Работа была профинансирована в рамках Программы повышения конкурентоспособности ведущих российских университетов среди ведущих мировых научно-образовательных центров (Проект 5-100). Результаты исследования опубликованы в ведущем международном научном журнале Science.
