最新Science:金屬性碳納米管晶體管
【引言】
單壁碳納米管(SWCNTs)具有由六方鍵合的sp2碳原子組成的一維螺旋管狀分子結構。從概念上講,SWCNTs可以通過沿著手性矢量卷起石墨烯片而形成。SWCNT的手性決定了其獨特的原子幾何形狀和電子結構,即它是金屬還是半導體。半導體CNTs可以用來制造高能效的納米晶體管,因此在硅微處理器之外也有應用前景。然而,盡管在選擇性生長和分離方面取得了進展,但要控制單個CNT的手性仍然是一個巨大的挑戰。金屬和半導體納米管之間的分子結也可以作為納米級電子器件的基礎,分子內CNT結具有類似整流二極管的非線性傳輸特性。這些結在納米管生長過程中隨機出現的缺陷處形成。機械應變可以改變電子特性,理論上,塑性應變可以改變CNT的手性,從而形成分子內納米管結。在實驗上,已經報道了通過塑性變形對CNT手性進行改性,但這些轉變以及由此產生的電學性質并沒有被控制,而是被認為是由不同手性結構之間的微小能量差異引起的隨機跳躍。
【成果簡介】
今日,在日本國立材料科學研究所Dmitri Golberg和Dai-Ming Tang、中科院金屬研究所劉暢研究員、俄羅斯國立科技大學Pavel B. Sorokin團隊等人帶領下,報告了一種碳納米管分子內晶體管的設計和制造,其中局部手性是通過在透射電子顯微鏡(TEM)內以受控的方式通過熱機械加工改變的。對加熱的金屬性碳納米管進行應變,導致內部段發生手性轉變,成為半導體,從而形成分子內納米管晶體管。這些晶體管的通道長度短至2.8 nm,在室溫下表現出相干量子干涉。相關成果以題為“Semiconductor nanochannels in metallic carbon nanotubes by thermomechanical chirality alteration”發表在了Science。
【圖文導讀】
圖1?CNT分子內晶體管的制備與表征
圖2 SWCNT分子內晶體管的金屬到半導體轉變
圖3?室溫量子干涉
圖4 手性轉變動力學
文獻鏈接:Semiconductor nanochannels in metallic carbon nanotubes by thermomechanical chirality alteration(Science,2021,DOI:10.1126/science.abi8884)
本文由木文韜翻譯,材料牛整理編輯。
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