Nanohiili karbyyni soveltuu transistorin perustaksi

Karbyyni, yksiulotteinen hiiliatomien ketju, on uskomattoman vahva ohuuteensa nähden, mikä tekee siitä mielenkiintoisen mahdollisuuden käytettäväksi seuraavan sukupolven elektroniikassa.

Sen äärimmäinen epävakaus, joka saa sen taipumaan ja napsahtamaan itseensä, teki kuitenkin sen tuottamisen lähes mahdottomaksi, saati sitten riittävän määrän tuottamista edistyneisiin tutkimuksiin.

Nyt kansainvälisellä tutkijaryhmällä, johon kuuluu myös Penn Staten yliopiston tutkijoita, saattaa olla ratkaisu.

Tutkimusryhmä on sulkenut karbyynin yksiseinäisiin hiilinanoputkiin.

Tämän toteuttaminen vieläpä matalissa lämpötiloissa tekee karbyynistä vakaamman ja helpommin valmistettavan, mikä voi johtaa uusiin edistysaskeliin materiaalitieteessä ja -teknologiassa, tutkijat selvittävät.

Tämä epävakaus vaikeutti sen tutkimista ja vielä vaikeampaa oli kuvitella sen käyttöä tosielämän sovelluksissa. Kuten grafeeni, atomaarisen ohut kaksiulotteinen hiilimateriaali, jota on jo käytetty joissakin elektroniikkalaitteissa, myös karbyynin äärimmäinen lujuus ja elektroniset ominaisuudet houkuttelivat tutkijoita edelleen sen potentiaalilla mullistaa elektroniikka, professori Slava V. Rotkin kertoo. Karbyynin vetovoima on kuitenkin vielä suurempi, koska sillä on sisäänrakennettu etu grafeeniin verrattuna.

”Kuten grafeenissa, karbyyni voi antaa elektronien liikkua erittäin nopeasti”, Rotkin sanoi. ”Mutta karbyynissä on kuitenkin myös puolijohdeaukko, mikä tekee siitä hyödyllisen transistoreiden valmistamisessa.”

Grafeenissa ei tätä aukkoa ole, joten sitä ei voida käyttää samalla tavalla.

Tämä tarkoittaa, että tulevaisuudessa karbyynipohjainen elektroniikka voisi tarjota helpommin nopeampaa ja tehokkaampaa suorituskykyä verrattuna nykyiseen piipohjaiseen teknologiaan.

”Tämän tekniikan kaksi merkittävää edistysaskelta ovat sen alhaiset kustannukset ja korkea saanto”, Rotkin sanoi. ”Tämä avaa oven laajemmille tutkimuksille sekä perustieteessä että todellisissa sovelluksissa.”

Kapseloimalla karbyyniä hiilinanoputkien sisään tutkijat ovat myös löytäneet tavan säilyttää sen ainutlaatuiset ominaisuudet. Nanoputket toimivat suojakuorina estäen karbyyniä hajoamasta, mutta mahdollistavat silti sen tutkimisen lähes puhtaassa muodossaan.

”On tärkeää huomata, että yksiseinäiset nanoputket eivät juurikaan häiritse karbyyniketjua”, Rotkin huomautti. ”Van der Waalsin vuorovaikutukset ovat vain lieviä – heikkoja voimia, jotka sallivat karbyynin pysyä paikoillaan sitoutumatta nanoputken seinämiin.”

Vaikka reaalimaailman sovellukset ovat vielä alkuvaiheessa, karbyynin potentiaali on valtava, Rotkin sanoi. Koska se on vahvasti korreloiva materiaali, sen ominaisuudet ulottuvat klassisen fysiikan ulkopuolelle, mikä tarkoittaa, että sillä voisi olla sovelluksia seuraavan sukupolven laskennassa ja nanoteknologiassa.

Aiheesta aiemmin:

Vahvempaa kuin grafeeni

Yksiulotteinen boorinauha