Исследователи из Токийского столичного университета обнаружили способ создания самосборных нанопроволок из халькогенидов переходных металлов в больших масштабах с использованием химического осаждения из газовой фазы. Изменяя подложку, на которой образуются провода, они могут настраивать расположение этих проводов, от выровненных конфигураций атомарно тонких листов до случайных сетей из жгутов. Это открывает путь к промышленному развертыванию промышленной электроники следующего поколения, включая сбор энергии и прозрачные, эффективные и даже гибкие устройства.
Суть электроники заключается в том, чтобы делать вещи меньше - например, меньшие функции на кристалле означают большую вычислительную мощность при том же объеме пространства и лучшую эффективность, что необходимо для удовлетворения растущих требований современной ИТ-инфраструктуры, основанной на машинном обучении и искусственном интеллекте. По мере того, как устройства становятся меньше, те же требования предъявляются к сложной проводке, связывающей все вместе. Конечная цель - проволока толщиной всего в один-два атома. Такие нанопроволоки начнут использовать совершенно иную физику, поскольку электроны, которые проходят через них, будут вести себя все больше и больше, как если бы они жили в одномерном мире, а не в трехмерном.
Рисунок 1: (a) Иллюстрация нанопроволоки TMC (b) Химическое осаждение из газовой фазы. Ингредиенты испаряются в атмосфере водорода/азота и осаждаются на подложке и собираются самостоятельно. Фото: Tokyo Metropolitan University
Фактически, у ученых уже есть такие материалы, как углеродные нанотрубки и халькогениды переходных металлов (ТМС), смеси переходных металлов и элементов 16-й группы, которые могут самособираться в нанопроволоки атомного масштаба. Проблема в том, чтобы сделать их достаточно длинными и масштабируемыми в промышленности. Способ массового производства нанопроводов изменит правила игры.
Теперь команда во главе с доктором Хонг Эн Лим и доцентом Ясумицу Мията из Токийского столичного университета разработала способ изготовления длинных проводов из нанопроволок теллурида переходных металлов в беспрецедентно больших масштабах. Используя процесс, называемый химическим осаждением из газовой фазы, они обнаружили, что могут собирать нанопроволоки TMC в различных конфигурациях в зависимости от поверхности или подложки, которую они используют в качестве шаблона. Примеры показаны на рисунке 2; на (а) нанопроволоки, выращенные на подложке кремний/диоксид кремния, образуют случайную сеть пучков; на (b) провода собираются в заданном направлении на сапфировой подложке, следуя структуре нижележащего сапфирового кристалла. Просто изменив место выращивания, команда теперь имеет доступ к пластинам сантиметрового размера, покрытым желаемой компоновкой, включая монослои, бислои и сети пучков, все с различными приложениями. Они также обнаружили, что структура самих проводов была очень кристаллической и упорядоченной, и что их свойства, включая отличную проводимость и одномерное поведение, совпадали с теми, которые были обнаружены в теоретических предсказаниях.
Рисунок 2: (а) Изображение нанопроволок, выращенных на пластине кремний/диоксид кремния, полученное с помощью сканирующей электронной микроскопии. (б) Изображение нанопроволок, выращенных на подложке из кристаллического сапфира, полученное методом сканирующий атомно-силовой микроскопии. (c) Изображение выровненных проводов, полученное с помощью просвечивающего растрового электронного микроскопа. (d) Изображение одной нанопроволоки TMC, полученное с помощью сканирующей просвечивающей электронной микроскопии, видно с конца, с иллюстрацией структуры. Фото: Tokyo Metropolitan University
Наличие большого количества длинных высококристаллических нанопроволок обязательно поможет физикам охарактеризовать и изучить эти экзотические структуры более глубоко. Важно отметить, что это захватывающий шаг к тому, чтобы увидеть реальные применения атомарно тонких проводов в прозрачной и гибкой электронике, сверхэффективных устройствах и приложениях для сбора энергии.
Рисунок 3: (слева) (а) Иллюстрация различных форм ТМС, собранных на подложках. Изображения просвечивающей растровой электронной микроскопии поперечного сечения (b) монослоя нанопроволок, (c) бислоя нанопроволок и (d) трехмерных жгутов. Фото: Tokyo Metropolitan University
Исследование опубликовано в журнале Nano Letters.
Источник: ScienceAlert / Tokyo Metropolitan University
