一个国际研究小组使用插入电子显微镜的独特工具制造了一个比人类头发宽度小 25,000 倍的晶体管。

这项发表在《科学》杂志上的研究涉及来自日本、中国、俄罗斯和澳大利亚的研究人员，他们参与了五年前开始的项目。

领导该研究项目的昆士兰科技大学材料科学中心联合主任德米特里·戈尔伯格教授表示，该结果是一个“非常有趣的基本发现”，可能为未来开发用于下一代先进计算设备的微型晶体管开辟道路。

“在这项工作中，我们已经证明可以控制单个碳纳米管的电子特性，”Golberg 教授说。

研究人员通过同时施加力和低电压来加热由几层组成的碳纳米管，直到外管壳分离，只留下单层纳米管，从而创建了微型晶体管。

热量和应变随后改变了纳米管的“手性”，这意味着碳原子结合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将纳米管转变为晶体管。

来自莫斯科国立科技大学的 Golberg 教授的团队成员创造了一个理论来解释在晶体管中观察到的原子结构和性质的变化。

来自日本国际材料纳米建筑中心的主要作者 Dai-Ming Tang 博士说，这项研究已经证明了操纵纳米管的分子特性以制造纳米级电子设备的能力。

用于晶体管宏观观察的VMS260A三目连续变倍体视显微镜

五年前，唐博士开始从事该项目，当时戈尔伯格教授领导了该中心的研究小组。

“半导体碳纳米管有望用于制造节能纳米晶体管以构建超越硅的微处理器，”唐博士说。

“然而，控制单个碳纳米管的手性仍然是一个巨大的挑战，它唯一地决定了原子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改变金属纳米管段的局部手性，设计和制造了碳纳米管分子内晶体管。”

戈尔伯格教授表示，这项研究展示了制造微型晶体管的基础科学，是朝着构建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“积木”。例如，苹果公司表示，为未来 iPhone 供电的芯片包含 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，但面临着硅的局限性。

近年来，研究人员在开发纳米晶体管方面取得了重大进展，纳米晶体管非常小，以至于数百万个可以装在针头上。

“将晶体管小型化到纳米级是现代半导体工业和纳米技术的巨大挑战，”戈尔伯格教授说。

“目前的发现虽然对于大规模生产微型晶体管并不实用，但它展示了一种新颖的制造原理，并开辟了使用纳米管热机械处理来获得具有所需特性的最小晶体管的新视野。”