Исследователи используют шаблоны углеродных нанотрубок для производства изолированных нанопроволок TMM

В Токийском столичном университете ученые успешно создали нанопроволоки из монохалькогенида переходного металла (ТММ) с использованием матриц из углеродных нанотрубок.

Это схематические и электронные микроскопические изображения одиночных проволок из теллурида молибдена, образованных внутри углеродных нанотрубок. Эти 1D реакционные сосуды хорошо подходят для проводов и ограничивают химические реакции, которые создают их в одном направлении. Эпитаксиальный (слой за слоем) рост может затем проходить вдоль внутренних стенок труб. (Фото предоставлено Токийским столичным университетом)

Эти нанопроволоки измеряют всего три атома в диаметре и в 50 раз длиннее по сравнению с более ранними попытками. Кроме того, их можно исследовать изолированно, сохраняя характеристики атомарно квазиодномерных объектов.

Исследователи отметили, что при повреждении отдельных проводов они имеют тенденцию к перекручиванию. Это указывает на то, что изолированные нанопроволоки обладают особыми механическими характеристиками, которые могут быть использованы для переключения в наноэлектронике.

Менее чем за 20 лет материалы 2D перешли от гипотетического любопытства к реальному применению. Графен является наиболее популярным примером двумерных материалов, состоящих из хорошо организованных листов атомов углерода. Хотя весь потенциал графена еще предстоит использовать, его необычайная термическая и электрическая проводимость, механическая упругость и оптические характеристики уже привели к множеству промышленных применений. Несколько примеров включают биосенсоры, решения для накопления энергии и даже субстраты, предназначенные для искусственных тканей.

Однако, несмотря на эффективный переход от 3D к 2D, было довольно трудно преодолеть препятствие, разделяющее 2D и 1D. В настоящее время группа материалов, называемых монохалькогенидами переходных металлов (ТММ, переходный металл + элемент группы 16), привлекла большое внимание в качестве перспективной нанопроволоки в области точной наноэлектроники. На протяжении более трех десятилетий существуют гипотетические исследования, и, кроме того, предварительные экспериментальные исследования позволили создать небольшое количество нанопроволоки. Однако они чрезвычайно короткие, часто в связке, в сочетании с сыпучим материалом или просто низким выходом, особенно когда были задействованы прецизионные методы, например, литография. В частности, комплектация была более сложной; силы, называемые силами Ван-дер-Ваальса, заставили бы провода соединяться вместе, успешно скрывая все исключительные характеристики одномерных проводов, к которым можно было бы обратиться и использовать.

В настоящее время группа исследователей во главе с доцентом Юсуке Наканиши из Токийского столичного университета успешно создала огромное количество одиночных нанопроволок ТММ, которые были хорошо изолированы. Используя небольшие открытые рулоны однослойных углеродных или углеродных нанотрубок (УНТ), исследователи начали формировать структуру и реакцию теллура и молибдена в провода из пара. В конце концов, они эффективно создали отдельные изолированные провода ТММ, которые имели толщину всего 3 атома и были измерены в 50 раз длиннее, чем те, которые были разработаны с использованием современных методов. Было также продемонстрировано, что эти «пробирки» для нанотрубок УНТ химически не прилипали к проводам, эффективно сохраняя характеристики, ожидаемые от изолированных нанопроволок ТММ. Что наиболее важно, пробирки УНТ эффективно «защищали» провода друг от друга, предоставляя беспрецедентный доступ к тому, как эти одномерные объекты действуют изолированно.

Когда исследователи использовали просвечивающую электронную микроскопию (ПЭМ) для изображения этих объектов, они обнаружили, что эти провода демонстрировали необычный эффект скручивания при воздействии электронного пучка. Такое поведение никогда раньше не наблюдалось и является особенным для изолированных проводов. Переход от прямой структуры к скрученной может обеспечить новый механизм переключения, когда материал интегрирован в очень крошечные цепи. Исследователи надеются, что потенциал для создания хорошо изолированных 1Н нанопроводов может значительно глубже понять механизмы и свойства, лежащие в основе функции 1D материалов.

Исследование было частично поддержано грантом KAKENHI для молодых ученых (18K14088).

Source link