一个国际研究小组使用一种插入电子显微镜的独特工具制造了一个比人类头发宽度小 25,000 倍的晶体管。

单壁碳纳米管分子内结的设计者视图，其左右两端有金属部分，中间有半导体超短~3,0nm 通道。图片来源：莫斯科国立科技大学

这项发表在《科学》杂志上的研究涉及来自日本、中国、俄罗斯和澳大利亚的研究人员，他们参与了五年前开始的项目。

领导该研究项目的昆士兰大学材料科学中心联合主任 Dmitri Golberg 教授表示，这一结果是“非常有趣的基础发现”，可以为未来开发用于下一代先进计算设备的微型晶体管开辟道路。

在这项工作中，我们已经证明控制单个碳纳米管的电子特性是可能的。Golberg 教授说。

研究人员通过同时施加一个力和低电压来加热一个由几层组成的碳纳米管，直到外管壳分离，只留下一个单层纳米管，从而制造了这个微型晶体管。

然后热量和应变改变了纳米管的“手性”，这意味着碳原子结合在一起形成纳米管壁的单原子层的模式被重新排列。

连接碳原子的新结构的结果是将纳米管转变为晶体管。

来自莫斯科国立科技大学的 Golberg 教授的团队成员创造了一个理论，解释了在晶体管中观察到的原子结构和特性的变化。

第一作者、日本国际材料纳米结构中心的 Dai-Ming Tang 博士说，这项研究已经证明了操纵纳米管的分子特性来制造纳米级电子器件的能力。

五年前，当 Golberg 教授领导该中心的研究小组时，唐博士开始从事该项目。

唐博士说，半导体碳纳米管有望用于制造节能纳米晶体管以构建超硅微处理器。

但是，它仍然来控制单个的手性极大的挑战碳纳米管，其唯一地确定的原子几何和电子结构。

在这项工作中，我们通过加热和机械应变改变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。

Golberg 教授表示，这项研究展示了制造微型晶体管的基础科学，是朝着构建超硅微处理器迈出的有希望的一步。

用于开关和放大电子信号的晶体管通常被称为所有电子设备（包括计算机）的“积木”。例如，苹果表示为未来 iPhone 提供动力的芯片包含 150 亿个晶体管。

几十年来，计算机行业一直专注于开发越来越小的晶体管，但面临着硅的局限性。

近年来，研究人员在开发纳米晶体管方面取得了重大进展，纳米晶体管非常小，数以百万计的晶体管可以装在针头上。

将晶体管小型化到纳米级是现代半导体工业和纳米技术的一大挑战。戈尔伯格教授说。

目前的发现虽然对于微型晶体管的大规模生产并不实用，但展示了一种新颖的制造原理，并开辟了使用纳米管热机械处理获得具有所需特性的最小晶体管的新视野。