記者近日從中國科學(xué)院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家研究中心獲悉，該中心先進(jìn)炭材料研究部劉暢研究員等人與日本國立材料科學(xué)研究所、澳大利亞昆士蘭科技大學(xué)、俄羅斯國立科技大學(xué)等單位合作，在碳納米管手性改造與分子結(jié)晶體管研究中取得最新進(jìn)展，為碳納米管的手性及導(dǎo)電屬性調(diào)控提供了新途徑，顯示了碳納米管分子節(jié)晶體管的優(yōu)異性能。相關(guān)結(jié)果在線發(fā)表于《科學(xué)》上。
半導(dǎo)體性碳納米管具有大長徑比、無懸鍵表面、高載流子遷移率、室溫彈道輸運(yùn)等獨(dú)特結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)異電學(xué)性質(zhì)，因而被認(rèn)為是10納米以下高性能、低功耗晶體管溝道材料的有力候選。碳納米管的導(dǎo)電屬性取決于其螺旋(手性)結(jié)構(gòu)，通常制備出的碳納米管為金屬性和半導(dǎo)體性碳納米管的混合物。雖然近年來碳納米管的結(jié)構(gòu)控制生長與手性分離研究取得了較大進(jìn)展，但單根碳納米管的手性及導(dǎo)電屬性調(diào)控仍是本領(lǐng)域研究的關(guān)鍵和難點(diǎn)。
研究人員利用原位透射電子顯微鏡對單根碳納米管進(jìn)行原位加工、表征與測量，通過精確控制透射電鏡樣品桿上的壓電納米探針對碳納米管加熱并施加拉伸應(yīng)力，誘導(dǎo)其局部塑性變形與手性演變。利用球差校正電鏡圖像和納米束電子衍射圖譜對變形前后碳納米管的手性進(jìn)行分析，在近30次連續(xù)手性轉(zhuǎn)變過程中發(fā)現(xiàn)碳納米管的手性角具有向高角度轉(zhuǎn)變的明顯趨勢。對以碳納米管為溝道的晶體管的電學(xué)輸運(yùn)特性進(jìn)行原位測試，結(jié)果表明該方法可實(shí)現(xiàn)碳納米管金屬性向半導(dǎo)體性的可控轉(zhuǎn)變。研究人員利用此方法制備出溝道長度僅為2.8納米的金屬—半導(dǎo)體—金屬構(gòu)型碳納米管分子結(jié)晶體管，并觀察到其室溫量子相干輸運(yùn)性質(zhì)和法布里—珀羅干涉效應(yīng)。
