陈根：科学家将碳纳米管，转变为超微型晶体管

文|陈根

用于开关和放大电子信号的晶体管是电子设备的基础元件。一直以来，计算机行业都致力于开发体积越来越小的晶体管，但将晶体管小型化到纳米级是现代半导体工业和纳米技术领域面临的一大挑战。

碳纳米管是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口）的一维量子材料。其重量轻，六边形结构连接完整，拥有许多其他材料不具备的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入，其广阔的应用前景也不断地展现出来。

       近日，来自中国、日本、俄罗斯和澳大利亚的科学家们历时5年，使用一种插入电子显微镜的独特工具，将碳纳米管“变身”超微型晶体管，该微型晶体管宽度仅为人类头发丝宽度的1/25000。

研究中，国际科学家们首先向碳纳米管同时施加力和低电压，加热碳纳米管直到外层管壳分离，留下单层纳米管。热量和应变会改变纳米管的“手性”，结合在一起形成纳米管壁单原子层的碳原子被重新排列，从而能够让碳纳米管“变身”为晶体管。

接着，科学家们利用原位透射电子显微镜对单根碳纳米管进行原位加工、表征与测量，精确控制透射电镜样品杆上的压电纳米探针对碳纳米管施加焦耳热和拉伸应力，诱导局部塑性变形与手性演变。

       在近三十次连续手性转变过程中，发现碳纳米管的手性角具有向高角度转变的明显趋势。结合原位测量以碳纳米管为导电沟道的悬空晶体管的电学输运性质，实现了金属性碳纳米管向半导体性碳纳米管的可控转变。

总的来说，该研究展示了一种新的制造原理，开辟了利用纳米管的热机械处理方法获得具有所需特性的最小晶体管的新视野。未来，其或可为下一代先进计算设备所用微型晶体管的研制开辟新途径。