Draagbare technologie en elektronische kleding zijn misschien de toekomst, maar om daar te komen moet de bedrading sterk zijn, flexibel en efficiënt.

Boornitride nanobuisjes (BNNT), bestudeerd door natuurkundigen aan de Michigan Technological University, omhullen tellurium-atoomketens als een rietje, die door licht en druk bestuurbaar zouden kunnen zijn. In samenwerking met onderzoekers van Purdue University, Washington University en Universiteit van Texas in Dallas, het team publiceerde hun bevindingen in Natuur Elektronica deze week.

Naarmate de vraag naar kleinere en snellere apparaten groeit, wetenschappers en ingenieurs wenden zich tot materialen met eigenschappen die kunnen leveren wanneer bestaande hun kracht verliezen of niet genoeg kunnen krimpen.

Voor draagbare technologie, elektronische doek of extreem dunne apparaten die over het oppervlak van kopjes kunnen worden gelegd, tafels, ruimtepakken en andere materialen, onderzoekers zijn begonnen met het afstemmen van de atomaire structuren van nanomaterialen. De materialen die ze testen, moeten buigen als een persoon beweegt, maar ga niet allemaal noedels of snap, evenals bestand zijn tegen verschillende temperaturen en toch voldoende sap geven om de softwarefuncties uit te voeren die gebruikers van hun desktops en telefoons verwachten. We zijn er nog niet helemaal met bestaande of voorlopige technologie - nog niet.

Zoals geïmpliceerd door de "buis" van hun nanostructuur, BNNT's zijn hol in het midden. Ze zijn zeer isolerend en zo sterk en buigzaam als een Olympische turnster. Dat maakte ze een goede kandidaat om te combineren met een ander materiaal met een grote elektrische belofte:tellurium. Geregen in atoomdikke kettingen, die zeer dunne nanodraden zijn, en geregen door het holle centrum van BNNT's, tellurium-atoomketens worden een kleine draad met een enorme stroomcapaciteit.

"Zonder deze isolerende jas, we zouden de signalen van de atoomketens niet kunnen isoleren. Nu hebben we de kans om hun kwantumgedrag te herzien, " zei Yap. "Het is de eerste keer dat iemand een zogenaamde ingekapselde atoomketen heeft gemaakt waar je ze daadwerkelijk kunt meten. Onze volgende uitdaging is om de boornitride-nanobuisjes nog kleiner te maken."

Een kale nanodraad is een soort los kanon. Het beheersen van zijn elektrisch gedrag - of zelfs alleen maar begrijpen - is op zijn best moeilijk als het in ongebreideld contact is met vliegende elektronen. Nanodraden van tellurium, dat is een metalloïde vergelijkbaar met selenium en zwavel, zal naar verwachting andere fysieke en elektronische eigenschappen onthullen dan bulktellurium. Onderzoekers hadden alleen een manier nodig om het te isoleren, die BNNT's nu bieden.

"Dit telluriummateriaal is echt uniek. Het bouwt een functionele transistor met het potentieel om de kleinste ter wereld te zijn, " zei Peide Ye, de hoofdonderzoeker van Purdue University, uitleggend dat het team verrast was om door middel van transmissie-elektronenmicroscopie aan de Universiteit van Texas in Dallas te ontdekken dat de atomen in deze eendimensionale ketens wiebelen. "Siliciumatomen zien er recht uit, maar deze telluriumatomen zijn als een slang. Dit is een heel origineel soort structuur."

De tellurium-BNNT-nanodraden creëerden veldeffecttransistoren van slechts 2 nanometer breed; de huidige siliciumtransistors op de markt zijn tussen de 10 en 20 nanometer breed. De stroomcapaciteit van de nieuwe nanodraden bereikte 1,5x10^8 cm2, die ook de meeste halfgeleidende nanodraden verslaat. Eenmaal ingekapseld, het team beoordeelde het aantal tellurium-atoomketens in de nanobuis en keek naar enkele en driedubbele bundels die in een zeshoekig patroon waren gerangschikt.

Aanvullend, de met tellurium gevulde nanodraden zijn gevoelig voor licht en druk, een ander veelbelovend aspect voor toekomstige elektronica. Het team heeft de tellurium-nanodraden ook ingepakt in koolstofnanobuisjes, maar hun eigenschappen zijn niet meetbaar vanwege de geleidende of halfgeleidende aard van koolstof.

Terwijl tellurium-nanodraden zijn vastgelegd in BNNT's, als een vuurvliegje in een pot, veel van het mysterie blijft. Voordat mensen beginnen met het dragen van tellurium-T-shirts en BNNT-geregen laarzen, de aard van deze atoomketens moet worden gekarakteriseerd voordat het volledige potentieel voor draagbare technologie en elektronische kleding kan worden gerealiseerd.