陳根：碳納米管，“變身”超微型晶體管？_風聞

文|陳根

用於開關和放大電子信號的晶體管是電子設備的基礎元件。一直以來，計算機行業都致力於開發體積越來越小的晶體管，但將晶體管小型化到納米級是現代半導體工業和納米技術領域面臨的一大挑戰。

碳納米管是一種具有特殊結構（徑向尺寸為納米量級，軸向尺寸為微米量級，管子兩端基本上都封口）的一維量子材料。其重量輕，六邊形結構連接完整**，擁有許多其他材料不具備的力學、電學和化學性能。**近些年隨着碳納米管及納米材料研究的深入，其廣闊的應用前景也不斷地展現出來。

近日，來自中國、日本、俄羅斯和澳大利亞的科學家們歷時5年，使用一種插入電子顯微鏡的獨特工具，將碳納米管“變身”超微型晶體管，該微型晶體管寬度僅為人類頭髮絲寬度的1/25000。

研究中，國際科學家們首先向碳納米管同時施加力和低電壓，加熱碳納米管直到外層管殼分離，留下單層納米管。熱量和應變會改變納米管的“手性”，結合在一起形成納米管壁單原子層的碳原子被重新排列，從而能夠讓碳納米管“變身”為晶體管。

接着，科學家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、表徵與測量，精確控制透射電鏡樣品杆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。

**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。

總的來説，該研究展示了一種新的製造原理，開闢了利用納米管的熱機械處理方法獲得具有所需特性的最小晶體管的新視野。未來，其或可為下一代先進計算設備所用微型晶體管的研製開闢新途徑。