Onderzoekers hebben 's werelds dunste metalen nanodraad ontwikkeld, die kunnen worden gebruikt om veel van de elektronische componenten die we dagelijks gebruiken te miniaturiseren.

De onderzoekers, van de universiteiten van Cambridge en Warwick, hebben een draad ontwikkeld die is gemaakt van een enkele reeks telluriumatomen, waardoor het een echt eendimensionaal materiaal wordt. Deze eendimensionale draden worden geproduceerd in extreem dunne koolstofnanobuisjes (CNT's) - holle cilinders gemaakt van koolstofatomen. De afgewerkte 'extreme nanodraden' hebben een diameter van minder dan een miljardste van een meter - 10, 000 keer dunner dan een mensenhaar.

Een enkele reeks atomen is zo klein als materialen op basis van elementen in het periodiek systeem kunnen krijgen, waardoor ze potentieel bruikbaar zijn voor halfgeleiders en andere elektronische toepassingen. Echter, deze snaren kunnen onstabiel zijn, omdat hun atomen constant trillen en, als er geen fysieke beperking is, ze kunnen uiteindelijk veranderen in een andere structuur of volledig desintegreren.

Volgens de Cambridge-onderzoekers het inkapselen van de nanodraden is niet alleen een handige methode om stabiele eendimensionale (1D) materialen te maken, het kan nodig zijn om te voorkomen dat ze uiteenvallen. De onderzoekers hebben ook aangetoond dat het mogelijk is om de vorm en het elektronische gedrag van de nanodraden te veranderen door de diameters van de buisjes die ze inkapselen te variëren. Hun resultaten worden gerapporteerd in het tijdschrift ACS Nano .

Om elektronica sneller en krachtiger te maken, er moeten meer transistors op halfgeleiderchips worden geperst. De afgelopen 50 jaar, het aantal transistors op een enkele chip verdubbelt elke twee jaar – dit staat bekend als de wet van Moore. Echter, we naderen de grens van hoe klein een transistor kan zijn voordat kwantumeffecten geassocieerd met individuele atomen en elektronen de normale werking gaan verstoren. Onderzoekers onderzoeken momenteel verschillende manieren om de wet van Moore bij te houden, en op zijn beurt inspelen op ons verlangen naar snellere, goedkopere en krachtigere elektronica. Eendimensionale materialen kunnen een van de oplossingen zijn voor de uitdaging van miniaturisatie.

De Cambridge-onderzoekers gebruikten voor het eerst computersimulaties om de soorten geometrische structuren te voorspellen die zouden ontstaan ​​als telluriumatomen in nanobuisjes zouden worden geïnjecteerd. en ontdekte dat er in een dergelijk scenario 1D-draden zouden kunnen bestaan.

Later, laboratoriumgebaseerde tests, gebruikmakend van de meest geavanceerde technieken voor de synthese en visualisatie van atomaire resolutie van dergelijke extreme materialen, werden uitgevoerd door de Warwick-onderzoekers om de theoretische voorspellingen te bevestigen. Niet alleen waren de onderzoekers in staat om met succes stabiele 1D-draden te 'bouwen', maar ze ontdekten dat het veranderen van de diameter van de nanobuisjes leidde tot veranderingen in de eigenschappen van tellurium.

Tellurium gedraagt ​​zich normaal gesproken als een halfgeleider, maar wanneer geïnjecteerd in koolstofnanobuisjes en beperkt tot één dimensie, het begint zich als een metaal te gedragen. Aanvullend, terwijl de opsluiting door de CNT's drastische veranderingen kan veroorzaken in de manier waarop tellurium zich gedraagt, de nanobuisjes zelf interageren op geen enkele andere manier met de tellurium-nanodraden.

"Bij het werken met materialen op zeer kleine schaal zoals deze, het materiaal van belang moet doorgaans op een oppervlak worden gedeponeerd, maar het probleem is dat deze oppervlakken normaal gesproken erg reactief zijn, " zei Paulo Medeiros van Cambridge's Cavendish Laboratory, en de eerste auteur van het papier. "Maar koolstofnanobuisjes zijn chemisch vrij inert, dus helpen ze een van de problemen op te lossen bij het maken van echt eendimensionale materialen.

"Echter, we beginnen net de fysica en chemie van deze systemen te begrijpen - er moet nog veel basisfysica worden ontdekt."