(Phys.org) — Junhao Lin, een Vanderbilt University Ph.D. student en gastwetenschapper bij Oak Ridge National Laboratory (ORNL), heeft een manier gevonden om een ​​fijn gefocuste elektronenstraal te gebruiken om enkele van de kleinste draden te maken die ooit zijn gemaakt. De flexibele metalen draden zijn slechts drie atomen breed:een duizendste van de breedte van de microscopisch kleine draden die worden gebruikt om de transistors in de huidige geïntegreerde schakelingen met elkaar te verbinden.

De prestatie van Lin wordt beschreven in een artikel dat op 28 april online is gepubliceerd door het tijdschrift Natuur Nanotechnologie . Volgens zijn adviseur Sokrates Pantelides, Universitair Distinguished Professor of Physics and Engineering aan de Vanderbilt University, en zijn medewerkers bij ORNL, de techniek vertegenwoordigt een opwindende nieuwe manier om materie op nanoschaal te manipuleren en zou een impuls moeten geven aan de inspanningen om elektronische circuits te maken uit atomaire monolagen, de dunst mogelijke vormfactor voor vaste objecten.

"Junhao nam dit project en liep er echt mee, ' zei Pantelides.

Lin maakte de kleine draden van een speciale familie van halfgeleidende materialen die van nature monolagen vormen. Deze materialen, zogenaamde overgangsmetaal dichalcogeniden (TMDC's), worden gemaakt door de metalen molybdeen of wolfraam te combineren met zwavel of selenium. Het bekendste lid van de familie is molybdeendisulfide, een veel voorkomend mineraal dat wordt gebruikt als vast smeermiddel.

Atomaire monolagen zijn tegenwoordig het onderwerp van aanzienlijk wetenschappelijk belang omdat ze over het algemeen een aantal opmerkelijke eigenschappen hebben, zoals uitzonderlijke kracht en flexibiliteit, transparantie en hoge elektronenmobiliteit. Deze interesse werd in 2004 aangewakkerd door de ontdekking van een gemakkelijke manier om grafeen te maken, een honingraatrooster op atomaire schaal van koolstofatomen dat een aantal recordbrekende eigenschappen heeft vertoond, inclusief kracht, elektriciteit en warmtegeleiding. Ondanks de overtreffende trap eigenschappen van grafeen, experts hebben problemen gehad om ze om te zetten in bruikbare apparaten, een proces dat materiaalwetenschappers functionalisering noemen. Dus hebben onderzoekers zich tot andere monolaagmaterialen zoals de TMDC's gewend.

Andere onderzoeksgroepen hebben al functionerende transistors en flash-geheugenpoorten gemaakt van TMDC-materialen. Dus de ontdekking van het maken van draden biedt de middelen om deze basiselementen met elkaar te verbinden. Naast de transistoren bedrading is een van de belangrijkste onderdelen van een geïntegreerde schakeling. Hoewel de huidige geïntegreerde schakelingen (chips) zo groot zijn als een miniatuur, ze bevatten meer dan 20 mijl aan koperen bedrading.

"Dit zal waarschijnlijk een enorme onderzoeksinteresse in monolaag circuitontwerp stimuleren, Lin zei. "Omdat deze techniek elektronenbestraling gebruikt, het kan in principe van toepassing zijn op elk soort op elektronen gebaseerd instrument, zoals elektronenstraallithografie."

Een van de intrigerende eigenschappen van monolaagschakelingen is de taaiheid en flexibiliteit. Het is te vroeg om te voorspellen wat voor soort toepassingen het zal produceren, maar "Als je je fantasie de vrije loop laat, je kunt je tablets en televisieschermen voorstellen die zo dun zijn als een vel papier dat je kunt oprollen en in je zak of tas kunt stoppen, " merkte Pantelides op.

In aanvulling, Lin stelt zich voor dat de nieuwe techniek het mogelijk zou kunnen maken om driedimensionale circuits te creëren door monolagen "zoals Lego-blokken" te stapelen en elektronenstralen te gebruiken om de draden te fabriceren die de gestapelde lagen verbinden.

De fabricage van nanodraad werd uitgevoerd bij ORNL in de microscopiegroep die tot voor kort werd geleid door Stephen J. Pennycook, als onderdeel van een voortdurende samenwerking tussen Vanderbilt en ORNL die microscopie en theorie combineert om complexe materiaalsystemen te bestuderen. Junhao is een afgestudeerde student die in zijn promotieonderzoek zowel theorie als elektronenmicroscopie nastreeft. Zijn primaire microscopie-mentor was ORNL Wigner Fellow Wu Zhou.

"Junhao gebruikte een scanning-transmissie-elektronenmicroscoop (STEM) die in staat is een bundel elektronen te focussen tot een breedte van een halve angstrom (ongeveer de helft van de grootte van een atoom) en richt deze bundel met voortreffelijke precisie, ' zei Zhou.