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石墨烯助攻制成“一维碲线”,摩尔定律被推向逻辑终点
2017/6/5 8:42:52
    近期,《美国化学学会纳米》(ACS Nano)在线发表英国剑桥大学与美国华威大学、乌克兰国家科学院等研究人员合作,利用石墨烯制成稳定的“一维碲线”的相关实验及研究成果。该论文题为“Single-Atom Scale Structural Selectivity in Te Nanowires Encapsulated Inside Ultranarrow, Single-Walled Carbon Nanotubes”。

  虽然摩尔定律——一个单晶片上的晶体管数量每两年左右翻一番——从20世纪60年代以来一直真实有效,但其有效性到今天就结束了。剑桥大学和华威大学的研究人员已经跃升至它的逻辑终点,将线缆缩小到了一串单一的原子。这种“极致纳米线”由碲制成,实现了材料真正的一维,被压缩在碳纳米管内以保持稳定。

  在我们的三维宇宙(或者四维,如果算上时间)中,材料不可能实现真正的一维或者二维,一张纸仍然有厚度,无论这个厚度有多小。但是像石墨烯这种仅有一个原子厚但仍具有高度和宽度的材料,可以在功能上是二维的。同样的道理,这种新的纳米线的宽度和高度都不超过一个原子,则可以被认为是一维的。

  但问题也正是出现在这个微小的规模上。原子并不总是以科学家想要或期望的方式行事,不具备任何结构,它们倾向于分散,所以材料不能稳定存在。为了使碲原子排成一条直线,研究人员将它们注入到碳纳米管中,使它们紧靠在一起,同时也不会对它们的导电性造成干扰。



 


  剑桥和华威大学的研究人员在碳纳米管中注入一种叫碲的类金属物质,然后缩小碳纳米管的直径。由于碳纳米管是世界上强度最高的物质,可怜的碲原子在里面只好你挤我我挤你,重新排班站队,最后就变成了单个原子组成的线性结构。通过使用直径在0.7到1.1纳米(nm)之间的碳纳米管,研究人员成功制成了稳定的“一维碲线”,直径只有人类头发的万分之一。



  碲元素通常是半导体,但在紧密的封闭空间里,它的物理行为表现得更像金属,如同电线一样。通过改变碳纳米管的直径,科学家们就可以控制碲的物理性质了。



  这项研究的第一作者Paulo Medeiros说:“在非常小的规模上处理材料时,通常需要将材料沉积在一个表面上,但问题是这些表面往往都具有反应性。但碳纳米管在化学上是非常惰性的,所以在尝试创造一个真正的一维材料时,它们就可以帮助解决这个问题。但是,我们也仅仅是刚开始了解这些体系的物理和化学性质,仍然有很多基础物理等待被发现。”

  该团队还发现,通过改变纳米管的直径,可以控制碲的其他性质,通常情况下碲是半导体,但是当它被紧密地压在一起时则表现得更像是金属。减小导线的尺寸可以有效缩小电子电路,从而将更强大的系统压缩进更小的手机或可穿戴设备等其他设备中。相关论文全文发表在 ACS Nano, Article ASAPDOI: 10.1021/acsnano.7b02225)上。

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