Pienempiä transistoreita kerrostetuilla hiilinanoputkilla

Kerroksittaisista nanoputkista voidaan tehdä tulevaisuudessa transistoreja, jotka ovat pienempiä ja nopeampia kuin nykyiset, piistä tehdyt transistorit. Tokion yliopiston ja muutamien muiden huippuyliopistojen lisäksi tutkimusta on tehty Aalto-yliopistossa. Projektissa on ollut mukana myös  suomalainen nanoalan yritys Canatu.

Kansainvälinen tutkijaryhmä on onnistunut yhdistämään kolmea erilaista materiaalia nanoputkeksi eli nanomateriaaliksi, jolla on putkimainen rakenne. Hiilinanoputken päälle tutkijat laittoivat boorinitridistä tehdyn nanoputken ja ulommaiseksi molybdeenidisulfidinanoputken.

Kaikki kolme nanoputkikerrosta johtavat sähköä eri tavoin, ja yhdistämällä ne kerrosmaiseksi rakenteeksi tutkijat loivat materiaalin, jolla on ainutlaatuiset kemialliset ja sähköä johtavat ominaisuudet.

Suomessa Aalto-yliopiston fysiikan professori Esko I. Kauppisen tutkimusryhmän roolina oli tuottaa korkealaatuisia, yksiseinäisiä hiilinanoputkia, joita käytettiin uusien nanoputkien keskellä.

Kauppisen tutkimusryhmä on kehittänyt uusia menetelmiä, joilla erittäin puhtaita hiilinanoputkia voidaan valmistaa suuria määriä.  Yksiseinäiset hiilinanoputket ovat rakenteeltaan yhden atomikerroksen paksuisia grafeeniliuskoja, jotka rullautuvat saumattomasti eri kokoisiksi ja muotoisiksi putkiksi. Niiden halkaisija on noin yksi nanometri.

Seuraavaksi tutkimusryhmä alkaa kehittää uusille materiaaleille sovelluksia. Materiaalien yhdistäminen kerroksittain mahdollistaa nanoputkien kemiallisen koostumuksen hallitsemisen, jolloin nanoputkia voidaan käyttää uusien elektroniikkamateriaalien valmistamisessa.

Tutkimusyhteistyössä oli mukana tutkijoita useista eri yliopistoista ympäri maailmaa. Tokion ja Aalto-yliopiston lisäksi useita kansainvälisiä yhteistyökumppaneita kuten MIT, Pekingin yliopisto, AIST, NIMS, Tsukuban yliopisto ja IIT Madras.

Lisää: Tutkijoiden tiedeartikkeli Science-lehdessä (LINKKI)

Kuva: Kerrosrakenteen ytimessä käytettiin yhden atomikerroksen paksuisia hiilen nanoputkia. Uudesta materiaalista voidaan tehdä esimerkiksi aiempaa kevyempiä ja nopeampia transistoreja tietokoneisiin ja puhelimiin. Uuden materiaalin rakenteessa näkyy keskimmäisenä hiilinanoputki, jonka päälle on laitettu muut nanoputket. Kuva: Nan Wei