(Phys.org) — Met behulp van een nieuwe methode, onderzoekers kunnen nu koolstof nanobuis halfgeleiders van vooraf gedefinieerde structuren kweken, die de weg kunnen effenen voor het gebruik van koolstof in toekomstige elektronica.

Het hart van de computerindustrie staat niet voor niets bekend als "Silicon Valley". Computerchips met geïntegreerde schakelingen zijn gemaakt van silicium sinds de kindertijd van de computer in de jaren zestig. Nutsvoorzieningen, dankzij een team van USC-onderzoekers, koolstofnanobuisjes kunnen een kanshebber worden voor de troon van silicium.

Wetenschappers en experts uit de industrie hebben lang gespeculeerd dat koolstofnanobuistransistors op een dag hun siliciumvoorgangers zouden vervangen. In 1998, De Universiteit van Delft heeft 's werelds eerste koolstofnanobuistransistors gebouwd - koolstofnanobuisjes kunnen veel kleiner zijn, sneller, en verbruiken minder stroom dan siliciumtransistors.

Een belangrijke reden waarom koolstofnanobuisjes momenteel niet in uw computer zitten, is dat ze moeilijk op een voorspelbare manier te vervaardigen zijn. Wetenschappers hebben het moeilijk gehad om de productie van nanobuisjes op de juiste diameter te controleren, type en uiteindelijk chiraliteit, factoren die de elektrische en mechanische eigenschappen van nanobuisjes beheersen.

Denk aan chiraliteit als volgt:als je een vel notebookpapier neemt en het recht oprolt in een buis, het zou een zekere chiraliteit hebben. Als je datzelfde vel schuin oprolt, het zou een andere chiraliteit hebben. In dit voorbeeld, het notitieboekje vertegenwoordigt een vel van traliewerk gemaakte koolstofatomen die worden opgerold om een ​​nanobuis te creëren.

Een team onder leiding van professor Chongwu Zhou van de USC Viterbi School of Engineering en Ming Zheng van het National Institute of Standards and Technology in Maryland loste het probleem op door een systeem uit te vinden dat consequent koolstofnanobuizen produceert met een voorspelbare diameter en chiraliteit.

Zhou werkte samen met zijn groepsleden Jia Liu, Chuan Wang, Bilu Liu, Liang Chen, en Ming Zheng en Xiaomin Tu van het National Institute of Standards and Technology in Maryland.

"Het beheersen van de chiraliteit van koolstofnanobuisjes is voor veel onderzoekers een droom geweest. Nu is de droom uitgekomen." zei Zhou. Het team heeft zijn innovatie al gepatenteerd, en zijn onderzoek zal op 13 november worden gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Koolstofnanobuisjes worden typisch gekweekt met behulp van een chemisch dampafzettingssysteem (CVD) waarbij een chemisch geregen gas in een kamer wordt gepompt die substraten bevat met nanodeeltjes van metaalkatalysator, waarop de nanobuisjes groeien. Algemeen wordt aangenomen dat de diameters van de nanobuisjes worden bepaald door de grootte van de katalytische metalen nanodeeltjes. Echter, pogingen om de katalysatoren onder controle te houden in de hoop chiraliteit-gecontroleerde nanobuisgroei te bereiken, zijn niet succesvol geweest.

De innovatie van het USC-team was om de katalysator overboord te gooien en in plaats daarvan stukjes koolstofnanobuisjes te planten die zijn gescheiden en vooraf geselecteerd op basis van chiraliteit, met behulp van een nanobuis-scheidingstechniek die is ontwikkeld en geperfectioneerd door Zheng en zijn collega's bij NIST. Die stukjes als zaden gebruiken, het team gebruikte chemische dampafzetting om de zaden te verlengen om veel langere nanobuisjes te krijgen, waarvan werd aangetoond dat ze dezelfde chiraliteit hebben als de zaden.

Het proces wordt "nanobuis-klonering" genoemd. De volgende stappen in het onderzoek zullen zijn om het mechanisme van de nanobuisgroei in dit systeem zorgvuldig te bestuderen, om het kloonproces op te schalen om grote hoeveelheden chiraliteit-gecontroleerde nanobuisjes te krijgen, en om die nanobuisjes te gebruiken voor elektronische toepassingen