材料百态

单壁碳纳米管内部分子连接图，左右两端为金属部分，中间为半导体超短通道。图片来源：物理学家组织网

来自中国、日本、俄罗斯和澳大利亚的科学家组成的国际研究小组在最新一期《科学》杂志撰文指出，他们历时5年，使用一种插入电子显微镜的独特工具，制造出了一种超微型晶体管，其宽度仅为人类头发丝宽度的两万五千分之一。

在这项新研究中，科学家们首先朝一个碳纳米管同时施加力和低电压，加热它直到外层管壳分离，留下单层纳米管，从而制造出这种微型晶体管。研究人员解释称，热量和应变改变了纳米管的“手性”，这意味着结合在一起形成纳米管壁单原子层的碳原子被重新排列，结果让碳纳米管“变身”为晶体管。

用于开关和放大电子信号的晶体管是包括计算机在内的所有电子设备的基础元件。苹果公司表示，为未来苹果手机供电的芯片包含150亿个晶体管。几十年来，计算机行业一直致力于开发越来越小的晶体管，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。

研究人员表示，他们或许可以借助碳纳米管制造出节能的纳米晶体管，以超越由硅制成的微处理器，但控制单个碳纳米管的“手性”（决定了碳原子的几何结构和电子结构）仍然是一个巨大的挑战。在最新研究中，他们通过加热和机械应变改变了金属纳米管片段的局部“手性”，设计并制造了碳纳米管分子内晶体管。

最新研究负责人、昆士兰大学材料科学中心联合主任德米特里·戈尔伯格教授说：“我们证明，我们拥有操纵纳米管分子特性来制造纳米级电子器件的能力，为下一代先进计算设备所用微型晶体管的研制开辟了新途径。”

研究人员强调称，尽管最新方法不适用于微型晶体管的大规模生产，但展示了一种新的制造原理，并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。

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