Благодаря своим исключительным механическим, электрическим и тепловым свойствам УНТ считаются отличной альтернативой кремнию для микроэлектроники следующего поколения. Однако, поскольку электронные свойства УНТ зависят от структуры, поиск надежного способа синтеза УНТ с одинаковой структурой, а не смесью разных типов, в течение последних 20 лет ставил ученых в тупик.
УНТ напоминают листы графена, свернутые в крошечные трубки, в 100000 раз тоньше человеческого волоса. В действительности, однако, в процессе синтеза не участвует прокатка, и УНТ обычно растут с поверхности крошечных металлических частиц, называемых катализаторами, посредством каталитического химического осаждения из паровой фазы. Помимо поддерживающей структуры, катализатор разлагает молекулы углеводородов на атомы углерода, которые образуют углеродные нанотрубки, и облегчает введение атомов углерода в цилиндр для выращивания. В 2014 году Дин и его сотрудники обнаружили, что использование катализаторов из твердых металлических сплавов, таких как W6Co7, может привести к синтезу УНТ с определенной структурой.
В своей последней статье они значительно расширили эти знания.Как и в игре на боевом корабле, где положение лодок определяется двумя числами, структура CNT определяется парой индексов. Ученые IBS обнаружили, что они могут выращивать как проводящие (12, 6), так и полупроводниковые (8, 4) УНТ с очень высокой селективностью.
Эти структуры очень востребованы для возможных применений в транзисторных устройствах.Учитывая симметрию катализаторов, кинетику роста УНТ и размер частиц катализатора, исследователи смогли настроить производство УНТ в сторону одного преобладающего типа. Установлено, что при использовании карбида вольфрама (WC) в качестве катализатора УНТ (8, 4) растут преимущественно, в то время как при использовании карбида молибдена (Mo2C) преобладает структура (12, 6). «Конкретный катализатор может производить определенную группу УНТ, поскольку они обладают одинаковой симметрией», — объясняет профессор Динг.
Более того, УНТ параллельно растут на подложке и поэтому могут напрямую использоваться в устройствах.Чистота УНТ (8,4) достигала 80-90%, что является одним из самых высоких значений, когда-либо достигнутых экспериментально. «Теоретические расчеты показывают, что селективность может превышать 99,9%, что указывает на то, что еще есть большие возможности для улучшения», — объясняет профессор Динг.
После создания массивов полупроводниковых (8, 4) УНТ в первый раз, команда стремится понять и контролировать образование всех типов углеродных нанотрубок, а также улучшить селективность в будущем.