最新Science：金属性碳纳米管晶体管

【引言】

单壁碳纳米管（SWCNTs）具有由六方键合的sp²碳原子组成的一维螺旋管状分子结构。从概念上讲，SWCNTs可以通过沿着手性矢量卷起石墨烯片而形成。SWCNT的手性决定了其独特的原子几何形状和电子结构，即它是金属还是半导体。半导体CNTs可以用来制造高能效的纳米晶体管，因此在硅微处理器之外也有应用前景。然而，尽管在选择性生长和分离方面取得了进展，但要控制单个CNT的手性仍然是一个巨大的挑战。金属和半导体纳米管之间的分子结也可以作为纳米级电子器件的基础，分子内CNT结具有类似整流二极管的非线性传输特性。这些结在纳米管生长过程中随机出现的缺陷处形成。机械应变可以改变电子特性，理论上，塑性应变可以改变CNT的手性，从而形成分子内纳米管结。在实验上，已经报道了通过塑性变形对CNT手性进行改性，但这些转变以及由此产生的电学性质并没有被控制，而是被认为是由不同手性结构之间的微小能量差异引起的随机跳跃。

【成果简介】

今日，在日本国立材料科学研究所Dmitri Golberg和Dai-Ming Tang、中科院金属研究所刘畅研究员、俄罗斯国立科技大学Pavel B. Sorokin团队等人带领下，报告了一种碳纳米管分子内晶体管的设计和制造，其中局部手性是通过在透射电子显微镜（TEM）内以受控的方式通过热机械加工改变的。对加热的金属性碳纳米管进行应变，导致内部段发生手性转变，成为半导体，从而形成分子内纳米管晶体管。这些晶体管的通道长度短至2.8 nm，在室温下表现出相干量子干涉。相关成果以题为“Semiconductor nanochannels in metallic carbon nanotubes by thermomechanical chirality alteration”发表在了Science。

【图文导读】

图1 CNT分子内晶体管的制备与表征

图2 SWCNT分子内晶体管的金属到半导体转变

图3 室温量子干涉

图4 手性转变动力学

文献链接：Semiconductor nanochannels in metallic carbon nanotubes by thermomechanical chirality alteration（Science，2021，DOI:10.1126/science.abi8884）

本文由木文韬翻译，材料牛整理编辑。

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