科技日報記者 郝曉明
記者從中科院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家研究中心獲悉，該中心先進(jìn)炭材料研究部劉暢研究員等人與日本國立材料科學(xué)研究所、澳大利亞昆士蘭科技大學(xué)、俄羅斯國立科技大學(xué)等單位聯(lián)合合作開展了碳納米管手性改造與分子結(jié)晶體管研究，為碳納米管的手性及導(dǎo)電屬性調(diào)控提供了新途徑，顯示了碳納米管分子節(jié)晶體管的優(yōu)異性能。相關(guān)結(jié)果于12月24日在《科學(xué)》周刊在線發(fā)表。
半導(dǎo)體性碳納米管具有大長徑比、無懸鍵表面、高載流子遷移率、室溫彈道輸運(yùn)等獨(dú)特結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)異電學(xué)性質(zhì)，因而被認(rèn)為是十納米以下高性能、低功耗晶體管溝道材料的有力候選。碳納米管的導(dǎo)電屬性取決于其螺旋（手性）結(jié)構(gòu)，通常制備出的碳納米管為金屬性和半導(dǎo)體性碳納米管的混合物。雖然近年來碳納米管的結(jié)構(gòu)控制生長與手性分離研究取得了較大進(jìn)展，但單根碳納米管的手性及導(dǎo)電屬性調(diào)控仍是本領(lǐng)域研究的關(guān)鍵和難點(diǎn)。
研究人員利用原位透射電子顯微鏡對單根碳納米管進(jìn)行原位加工、表征與測量，通過精確控制透射電鏡樣品桿上的壓電納米探針對碳納米管施加焦耳熱和拉伸應(yīng)力，誘導(dǎo)局部塑性變形與手性演變。利用球差校正電鏡圖像和納米束電子衍射圖譜對變形前后碳納米管的手性進(jìn)行分析，在近三十次連續(xù)手性轉(zhuǎn)變過程中發(fā)現(xiàn)碳納米管的手性角具有向高角度轉(zhuǎn)變的明顯趨勢。結(jié)合原位測量以碳納米管為導(dǎo)電溝道的懸空晶體管的電學(xué)輸運(yùn)性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了金屬性碳納米管向半導(dǎo)體性碳納米管的可控轉(zhuǎn)變。利用此方法制備出溝道長度僅為2.8納米的金屬-半導(dǎo)體-金屬構(gòu)型碳納米管分子結(jié)晶體管，并觀察到其室溫量子相干輸運(yùn)性質(zhì)和法布里-珀羅干涉效應(yīng)。
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