Μια διεθνής ομάδα ερευνητών χρησιμοποίησε ένα μοναδικό εργαλείο που έχει εισαχθεί σε ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο για να δημιουργήσει ένα τρανζίστορ που είναι 25.000 φορές μικρότερο από το πλάτος μιας ανθρώπινης τρίχας.

Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Επιστήμη, συμμετέχουν ερευνητές από την Ιαπωνία, την Κίνα, τη Ρωσία και την Αυστραλία που έχουν εργαστεί στο έργο που ξεκίνησε πριν από πέντε χρόνια.

Ο συνδιευθυντής του Κέντρου Επιστήμης Υλικών QUT, καθηγητής Dmitri Golberg, ο οποίος ηγήθηκε του ερευνητικού έργου, είπε ότι το αποτέλεσμα ήταν μια “πολύ ενδιαφέρουσα θεμελιώδης ανακάλυψη” που θα μπορούσε να οδηγήσει στη μελλοντική ανάπτυξη μικροσκοπικών τρανζίστορ για τις μελλοντικές γενιές προηγμένων υπολογιστικών συσκευών.

«Σε αυτή την εργασία, δείξαμε ότι είναι δυνατός ο έλεγχος των ηλεκτρονικών ιδιοτήτων ενός μεμονωμένου νανοσωλήνα άνθρακα», είπε ο καθηγητής Golberg.

Οι ερευνητές δημιούργησαν το μικροσκοπικό τρανζίστορ εφαρμόζοντας ταυτόχρονα μια δύναμη και χαμηλή τάση που θέρμανε έναν νανοσωλήνα άνθρακα που αποτελείται από λίγα στρώματα μέχρι να διαχωριστούν τα εξωτερικά κελύφη του σωλήνα, αφήνοντας μόνο έναν νανοσωλήνα μονής στρώσης.

Η θερμότητα και η καταπόνηση άλλαξαν στη συνέχεια τη «χαρακτηρότητα» του νανοσωλήνα, δηλαδή το σχέδιο στο οποίο το άτομα άνθρακα ενώθηκαν μεταξύ τους για να σχηματίσουν το μονοατομικό στρώμα του τοιχώματος των νανοσωλήνων αναδιατάχθηκε.

Το αποτέλεσμα της νέας δομής που συνδέει τα άτομα άνθρακα ήταν ότι ο νανοσωλήνας μεταμορφώθηκε σε τρανζίστορ.

Τα μέλη της ομάδας του καθηγητή Golberg από το Εθνικό Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας στη Μόσχα δημιούργησαν μια θεωρία που εξηγεί τις αλλαγές στην ατομική δομή και τις ιδιότητες που παρατηρούνται στο τρανζίστορ.

Ο επικεφαλής συγγραφέας Δρ. Dai-Ming Tang, από το Διεθνές Κέντρο Νανοαρχιτεκτονικής Υλικών στην Ιαπωνία, είπε ότι η έρευνα απέδειξε την ικανότητα χειρισμού των μοριακών ιδιοτήτων του νανοσωλήνα σε κατασκευασμένη ηλεκτρική συσκευή νανοκλίμακας.

Ο Δρ Τανγκ άρχισε να εργάζεται για το έργο πριν από πέντε χρόνια, όταν ο καθηγητής Golberg ήταν επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας σε αυτό το κέντρο.

«Ημιαγώγιμος άνθρακας νανοσωλήνες είναι πολλά υποσχόμενα για την κατασκευή ενεργειακά αποδοτικών νανοτρανζίστορ για την κατασκευή μικροεπεξεργαστών πέρα ​​από πυρίτιο», είπε ο Δρ Τανγκ.

«Ωστόσο, παραμένει μεγάλη πρόκληση ο έλεγχος της χειρομορφίας του ατόμου άνθρακας νανοσωλήνες, που καθορίζουν μοναδικά την ατομική γεωμετρία και την ηλεκτρονική δομή.

«Σε αυτή τη δουλειά σχεδιάσαμε και κατασκευάσαμε νανοσωλήνα άνθρακα ενδομοριακά τρανζίστορ αλλάζοντας την τοπική χειρομορφία ενός τμήματος μεταλλικών νανοσωλήνων με θέρμανση και μηχανική καταπόνηση».

Ο καθηγητής Golberg είπε ότι η έρευνα για την επίδειξη της θεμελιώδης επιστήμης στη δημιουργία του μικροσκοπικού τρανζίστορ ήταν ένα πολλά υποσχόμενο βήμα προς την κατασκευή μικροεπεξεργαστών πέρα ​​από το πυρίτιο.

Τα τρανζίστορ, τα οποία χρησιμοποιούνται για την εναλλαγή και την ενίσχυση ηλεκτρονικών σημάτων, ονομάζονται συχνά τα «δομικά στοιχεία» όλων των ηλεκτρονικών συσκευών, συμπεριλαμβανομένων των υπολογιστών. Για παράδειγμα, η Apple λέει ότι το τσιπ που τροφοδοτεί τα μελλοντικά iPhone περιέχει 15 δισεκατομμύρια τρανζίστορ.

Η βιομηχανία υπολογιστών έχει επικεντρωθεί στην ανάπτυξη ολοένα και μικρότερων τρανζίστορ για δεκαετίες, αλλά αντιμετωπίζει τους περιορισμούς του πυριτίου.

Τα τελευταία χρόνια, οι ερευνητές έχουν κάνει σημαντικά βήματα στην ανάπτυξη νανοτρανζίστορ, τα οποία είναι τόσο μικρά που εκατομμύρια από αυτά θα μπορούσαν να χωρέσουν στην κεφαλή μιας καρφίτσας.

«Η σμίκρυνση τρανζίστορ σε κλίμακα νανομέτρων είναι μια μεγάλη πρόκληση της σύγχρονης βιομηχανίας ημιαγωγών και της νανοτεχνολογίας», είπε ο καθηγητής Golberg.

“Η παρούσα ανακάλυψη, αν και δεν είναι πρακτική για μια μαζική παραγωγή μικροσκοπικών τρανζίστορ, δείχνει μια νέα αρχή κατασκευής και ανοίγει έναν νέο ορίζοντα χρήσης θερμομηχανικών επεξεργασιών νανοσωλήνων για την απόκτηση των μικρότερων τρανζίστορ με τα επιθυμητά χαρακτηριστικά.”