科技日?qǐng)?bào)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(duì)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(duì)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(duì)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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