Potrivit unui raport din ultimul număr al revistei Science, o echipă de cercetare condusă de Universitatea din Tokyo, Japonia, a fabricat cu succes un nanotub semiconductor de disulfid de molibden (MoS₂) cu un singur perete, având un diametru de doar 1 nanometru, aproximativ o sută de mii din lățimea unui fir de păr uman, folosind nanotuburi de nitru de bor (BN) ca șablon. Structura este considerată cel mai mic nanotub semiconductor din lume până în prezent. Realizarea nu doar că confirmă predicțiile teoretice făcute acum decenii despre proprietățile electrice ale materialelor ultratinse, dar oferă și o nouă abordare pentru dezvoltarea dispozitivelor electronice miniaturizate de generație următoare.
Nanotuburile de carbon au atras odată o atenție largă pentru proprietățile lor excelente mecanice și electrice. Cu toate acestea, diferențele mici în structura lor atomică pot afecta în mod semnificativ conductivitatea, creând provocări pentru aplicațiile tranzistoarelor. În contrast, MoS₂ este un material semiconductiv natural cu un potențial vast în dispozitivele electronice semiconductoare, senzori de înaltă sensibilitate și cercetarea fizicii la scară cuantică. Pe măsură ce diametrele nanotuburilor se micșorează, totuși, stabilitatea structurală și dificultatea de fabricare cresc brusc. Prin urmare, producerea nanotuburilor MoS₂ ultratinse cu structuri controlate a rămas o provocare majoră în știința materialelor.
Pentru a depăși această limitare, echipa de cercetare a efectuat reacții chimice în spațiul intern îngust al nanotuburilor BN, sintetizând nanotuburi MoS₂ cu un singur perete, având un diametru de doar 1 nanometru și o structură atomică clar definită. Cercetătorii au spus că acest spațiu restrâns a permis creșterea nanotuburilor MoS₂ ultratinse care, în caz contrar, ar fi fost dificil de format, promovând în același timp aranjamentul atomic ordonat și producând materiale extrem de uniforme cu structuri bine definite.
Studiul a constatat că golul de bandă scade pe măsură ce diametrul nanotubului devine mai mic, confirmând o predicție teoretică propusă acum 25 de ani.
Metodele convenționale de fabricare a nanotuburilor produc de obicei nanotuburi cu mai multe pereți, cu diametre mai mari de 10 nanometri, iar structurile lor atomice sunt adesea dificil de controlat precis. La scară nanometrică, chiar și cele mai mici diferențe structurale pot afecta semnificativ performanța materialelor. Obținerea controlului structural la nivel atomic este, prin urmare, extrem de semnificativă pentru aplicațiile dispozitivelor viitoare.
Tehnologiile semiconductoare existente se confruntă cu dificultăți tot mai mari în menținerea perfecțiunii structurale pe măsură ce dispozitivele continuă să se micșoreze, defectele având un impact mai mare la scări mai mici. Nanotuburile de carbon se confruntă cu provocări similare. Nanotuburile MoS₂ ar putea oferi avantaje în controlul dimensional și consistența structurii atomice, oferind o potențială nouă cale pentru construirea canalelor semiconductoare ultraminiaturizate.
Realizarea rămâne la o oarecare distanță de aplicația practică. Nanotuburile produse în prezent au doar câteva sute de nanometri lungime. Echipa de cercetare plănuiește să le extindă lungimea la aproximativ 1 micrometru, sau 1,000 nanometri, și să exploreze dacă aceeași metodă poate fi utilizată pentru a fabrica alte materiale nanotuburi anorganice, inclusiv materiale magnetice și superconducătoare.