![(a) Illustratie van een TMC-nanodraad (b) Chemische dampafzetting. De ingrediënten worden verdampt in een waterstof / stikstofatmosfeer en men laat ze afzetten en zichzelf assembleren op een substraat. Overgenomen met toestemming van Ref. 1 Credit: Copyright 2020 American Chemical Society (ACS) Nanodraden op atomaire schaal kunnen nu op schaal worden geproduceerd](https://scx1.b-cdn.net/csz/news/800/2020/atomicscalen.jpg)
(a) Illustratie van een TMC-nanodraad (b) Chemische dampafzetting. De ingrediënten worden verdampt in een waterstof / stikstofatmosfeer en men laat ze afzetten en zichzelf assembleren op een substraat. Overgenomen met toestemming van Ref. 1 Credit: Copyright 2020 American Chemical Society (ACS)
Onderzoekers van de Tokyo Metropolitan University hebben een manier ontdekt om zelf-geassembleerde nanodraden van chalcogeniden van overgangsmetalen op schaal te maken met behulp van chemische dampafzetting. Door het substraat waar de draden zich vormen te veranderen, kunnen ze afstemmen hoe deze draden zijn gerangschikt, van uitgelijnde configuraties van atomair dunne vellen tot willekeurige netwerken van bundels. Dit maakt de weg vrij voor industriële toepassing in de volgende generatie industriële elektronica, inclusief het oogsten van energie en transparante, efficiënte en zelfs flexibele apparaten.
Elektronica heeft alles te maken met het kleiner maken van dingen. Kleinere functies op een chip betekenen bijvoorbeeld meer rekenkracht in dezelfde hoeveelheid ruimte en betere efficiëntie, essentieel om te voldoen aan de steeds zwaardere eisen van een moderne IT-infrastructuur die wordt aangedreven door machine learning en kunstmatige intelligentie . En naarmate apparaten kleiner worden, worden dezelfde eisen gesteld aan de ingewikkelde bedrading die alles met elkaar verbindt. Het uiteindelijke doel zou een draad zijn die slechts een atoom of twee dik is. Zulke nanodraden zouden volledig andere fysica gaan gebruiken, aangezien de elektronen die erdoorheen reizen zich steeds meer gedragen alsof ze in een eendimensionale wereld leven, niet in een 3D-wereld.
In feite hebben wetenschappers al materialen zoals koolstofnanobuisjes en overgangsmetaalchalcogeniden (TMC’s), mengsels van overgangsmetalen en groep 16-elementen die zichzelf kunnen assembleren tot nanodraden op atomaire schaal. Het probleem is om ze lang genoeg en op schaal te maken. Een manier om nanodraden in massa te produceren, zou een game-wisselaar zijn.
Nu heeft een team onder leiding van Dr. Hong En Lim en universitair hoofddocent Yasumitsu Miyata van de Tokyo Metropolitan University een manier bedacht om lange draden te maken van nanodraden van overgangsmetaal telluride op ongekend grote schaal. Met behulp van een proces dat chemische dampafzetting (CVD) wordt genoemd, ontdekten ze dat ze TMC-nanodraden in verschillende opstellingen konden assembleren, afhankelijk van het oppervlak of substraat dat ze als sjabloon gebruiken. Voorbeelden worden getoond in Figuur 2; in (a) vormen nanodraden gegroeid op een silicium / silica-substraat een willekeurig netwerk van bundels; in (b) assembleren de draden zich in een vaste richting op een saffiersubstraat, waarbij ze de structuur van het onderliggende saffierkristal volgen. Door simpelweg te veranderen waar ze worden gekweekt, heeft het team nu toegang tot wafels ter grootte van een centimeter, bedekt met de gewenste opstelling, inclusief monolagen, dubbellagen en netwerken van bundels, allemaal met verschillende toepassingen. Ze ontdekten ook dat de structuur van de draden zelf zeer kristallijn en geordend was, en dat hun eigenschappen, inclusief hun uitstekende geleidbaarheid en 1D-achtig gedrag, overeenkwamen met die in theoretische voorspellingen.
![(a) Scannende elektronenmicroscopie foto van nanodraden gegroeid op een silicium / silica-wafel. (b) Atoomkrachtmicroscopiebeeld van nanodraden gegroeid op een kristallijn saffiersubstraat. (c) Transmissie-elektronenmicroscopiebeeld van uitgelijnde draden scannen. (d) Transmissie-elektronenmicroscopiebeeld van een enkele TMC-nanodraad, vanaf het einde gezien, met een illustratie van de structuur. Overgenomen met toestemming van Ref. 1 Credit: American Chemical Society (ACS) Nanodraden op atomaire schaal kunnen nu op schaal worden geproduceerd](https://scx1.b-cdn.net/csz/news/800/2020/1-atomicscalen.jpg)
(a) Scannende elektronenmicroscopie foto van nanodraden gegroeid op een silicium / silica-wafel. (b) Atoomkrachtmicroscopiebeeld van nanodraden gegroeid op een kristallijn saffiersubstraat. (c) Transmissie-elektronenmicroscopiebeeld van uitgelijnde draden scannen. (d) Transmissie-elektronenmicroscopiebeeld van een enkele TMC-nanodraad, vanaf het einde gezien, met een illustratie van de structuur. Overgenomen met toestemming van Ref. 1 Credit: American Chemical Society (ACS)
Het hebben van grote hoeveelheden lange, zeer kristallijne nanodraden zal natuurkundigen zeker helpen deze exotische structuren nader te karakteriseren en te bestuderen. Belangrijk is dat het een spannende stap is om real-world toepassingen te zien van atomair dunne draden, in transparante en flexibele elektronica, ultra-efficiënte apparaten en toepassingen voor het oogsten van energie.
![(links) (a) Illustratie van verschillende vormen van TMC geassembleerd op de substraten. Scannen van transmissie-elektronenmicroscopiebeelden van de dwarsdoorsnede van (b) een monolaag van nanodraden, (c) een dubbellaag van nanodraden en (d) transmissie-elektronenmicroscopiebeeld van 3D-bundels. Overgenomen met toestemming van Ref. 1 Credit: American Chemical Society (ACS) Nanodraden op atomaire schaal kunnen nu op schaal worden geproduceerd](https://scx1.b-cdn.net/csz/news/800/2020/2-atomicscalen.jpg)
(links) (a) Illustratie van verschillende vormen van TMC geassembleerd op de substraten. Scannen van transmissie-elektronenmicroscopiebeelden van de dwarsdoorsnede van (b) een monolaag van nanodraden, (c) een dubbellaag van nanodraden en (d) transmissie-elektronenmicroscopiebeeld van 3D-bundels. Overgenomen met toestemming van Ref. 1 Credit: American Chemical Society (ACS)
Hong En Lim et al, Groei op waferschaal van eendimensionale overgangsmetaal telluride nanodraden, Nano Letters (2020). DOI: 10.1021 / acs.nanolett.0c03456
Nano Letters
Aangeboden door Tokyo Metropolitan University