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    碳納米管手性改造與分子結晶體管研究取得重要進展
     
    2021-12-24 | 文章來源:先進炭材料研究部        【 】【打印】【關閉

      半導體性碳納米管具有大長徑比、無懸鍵表面、高載流子遷移率、室溫彈道輸運等獨特結構特征和優異電學性質,因而被認為是十納米以下高性能、低功耗晶體管溝道材料的有力候選。碳納米管的導電屬性取決于其螺旋(手性)結構,通常制備出的碳納米管為金屬性和半導體性碳納米管的混合物。雖然近年來碳納米管的結構控制生長與手性分離研究取得了較大進展,但單根碳納米管的手性及導電屬性調控仍是本領域研究的關鍵和難點。 

      近期,中科院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心先進炭材料研究部劉暢研究員等人與日本國立材料科學研究所、澳大利亞昆士蘭科技大學、俄羅斯國立科技大學等單位的學者合作開展了碳納米管手性改造與分子結晶體管研究。他們利用原位透射電子顯微鏡對單根碳納米管進行原位加工、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施加焦耳熱和拉伸應力,誘導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行分析,在近三十次連續手性轉變過程中發現碳納米管的手性角具有向高角度轉變的明顯趨勢。結合原位測量以碳納米管為導電溝道的懸空晶體管的電學輸運性質,實現了金屬性碳納米管向半導體性碳納米管的可控轉變。利用此方法制備出溝道長度僅為2.8納米的金屬-半導體-金屬構型碳納米管分子結晶體管(圖1),并觀察到其室溫量子相干輸運性質和法布里-珀羅(Fabry-Pérot)干涉效應。本研究為碳納米管的手性及導電屬性調控提供了新途徑,顯示了碳納米管分子節晶體管的優異性能。相關結果于1224日在《科學》(Science)周刊在線發表,論文標題是“Semiconductor nanochannels in metallic carbon nanotubes by thermomechanical chirality alteration”。 

      論文第一作者單位為日本國立材料科學研究所,我所劉暢研究員為共同通訊作者。該研究工作獲得了科技部、國家自然科學基金委及沈陽材料科學國家研究中心等項目的支持。 

      全文鏈接

    圖1 (A-D)單根碳納米管的原位加工過程。(E-F)碳納米管電學性質從金屬性到半導體性的轉變。(G)溝道長度僅為2.8納米的碳納米管分子結晶體管,及(H-I)該晶體管的轉移特性和輸出特性曲線。

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