Vue de concepteur d’une jonction intramoléculaire de nanotubes de carbone à paroi unique avec des parties métalliques aux extrémités gauche et droite et un canal semi-conducteur ultracourt d’environ 3,0 nm entre les deux. Crédit : Université nationale des sciences et de la technologie, Moscou
Une équipe internationale de chercheurs a utilisé un outil unique inséré dans un microscope électronique pour créer un transistor 25 000 fois plus petit que la largeur d’un cheveu humain.
La recherche, publiée dans la revue Science, implique des chercheurs du Japon, de Chine, de Russie et d’Australie qui ont travaillé sur le projet qui a commencé il y a cinq ans.
Le codirecteur du QUT Center for Materials Science, le professeur Dmitri Golberg, qui a dirigé le projet de recherche, a déclaré que le résultat était une “découverte fondamentale très intéressante” qui pourrait ouvrir la voie au développement futur de minuscules transistors pour les futures générations de dispositifs informatiques avancés.
Le professeur Dmitri Golberg a dirigé une équipe qui a utilisé un outil unique inséré dans un microscope électronique pour créer un transistor 25 000 plus petit que la largeur d’un cheveu humain. Crédit : QUT
“Dans ce travail, nous avons montré qu’il est possible de contrôler les propriétés électroniques d’un nanotube de carbone individuel”, a déclaré le professeur Golberg.
Les chercheurs ont créé le minuscule transistor en appliquant simultanément une force et une basse tension qui ont chauffé un nanotube de carbone composé de quelques couches jusqu’à ce que les enveloppes extérieures du tube se séparent, ne laissant qu’un nanotube monocouche.
La chaleur et la contrainte ont ensuite modifié la « chilarité » du nanotube, ce qui signifie que le motif dans lequel les atomes de carbone se sont réunis pour former la couche atomique unique de la paroi du nanotube a été réorganisé.
Le résultat de la nouvelle structure reliant les atomes de carbone était que le nanotube s’est transformé en transistor.
Les membres de l’équipe du professeur Golberg de l’Université nationale des sciences et de la technologie de Moscou ont créé une théorie expliquant les changements dans la structure et les propriétés atomiques observés dans le transistor.
L’auteur principal, le Dr Dai-Ming Tang, du Centre international de nanoarchitectonique des matériaux au Japon, a déclaré que la recherche avait démontré la capacité de manipuler les propriétés moléculaires du nanotube pour fabriquer des dispositifs électriques à l’échelle nanométrique.
Le Dr Tang a commencé à travailler sur le projet il y a cinq ans lorsque le professeur Golberg dirigeait le groupe de recherche de ce centre.
“Les nanotubes de carbone semi-conducteurs sont prometteurs pour la fabrication de nanotransistors économes en énergie pour construire des microprocesseurs au-delà du silicium”, a déclaré le Dr Tang.
«Cependant, contrôler la chiralité des nanotubes de carbone individuels, qui détermine de manière unique la géométrie atomique et la structure électronique, reste un grand défi.
“Dans ce travail, nous avons conçu et fabriqué des transistors intramoléculaires à nanotubes de carbone en modifiant la chiralité locale d’un segment de nanotubes métalliques par chauffage et contrainte mécanique.”
Le professeur Golberg a déclaré que la recherche visant à démontrer la science fondamentale dans la création du minuscule transistor était une étape prometteuse vers la construction de microprocesseurs au-delà du silicium.
Les transistors, qui sont utilisés pour commuter et amplifier les signaux électroniques, sont souvent appelés les « blocs de construction » de tous les appareils électroniques, y compris les ordinateurs. Par exemple, Apple dit que la puce qui alimente les futurs iPhones contient 15 milliards de transistors.
L’industrie informatique s’est concentrée sur le développement de transistors de plus en plus petits pendant des décennies, mais est confrontée aux limites du silicium.
Ces dernières années, les chercheurs ont franchi des étapes importantes dans le développement de nanotransistors, qui sont si petits que des millions d’entre eux pourraient tenir sur la tête d’une épingle.
« La miniaturisation des transistors à l’échelle nanométrique est un grand défi de l’industrie moderne des semi-conducteurs et de la nanotechnologie », a déclaré le professeur Golberg.
« La présente découverte, bien que non pratique pour une production en série de minuscules transistors, montre un nouveau principe de fabrication et ouvre un nouvel horizon d’utilisation des traitements thermomécaniques des nanotubes pour obtenir les plus petits transistors avec les caractéristiques souhaitées. »
Référence : « Nanocanaux semi-conducteurs dans les nanotubes de carbone métalliques par altération de la chiralité thermomécanique » par Dai-Ming Tang, Sergey V. Erohin, Dmitry G. Kvashnin, Victor A. Demin, Ovidiu Cretu, Song Jiang, Lili Zhang, Peng-Xiang Hou, Guohai Chen, Don N. Futaba, Yongjia Zheng, Rong Xiang, Xin Zhou, Feng-Chun Hsia, Naoyuki Kawamoto, Masanori Mitome, Yoshihiro Nemoto, Fumihiko Uesugi, Masaki Takeguchi, Shigeo Maruyama, Hui-Ming Cheng, Yoshio Bando, Chang Liu, Pavel B. Sorokin et Dmitri Golberg, 23 décembre 2021, La science.
DOI : 10.1126/science.abi8884
