Los Efectos De Contacto Podrían Limitar El Tamaño De Un Nanodispositivo

Los efectos de contacto pueden limitar el tamaño de un nanodispositivo

Estos son nanotubos de carbono. Universidad de Swansea

Los nanotubos de carbono destinados a la electrónica no solo deben ser lo más limpios posible para maximizar su utilidad en los dispositivos a nanoescala de próxima generación, sino que los efectos del contacto pueden limitar cuán pequeño puede ser un nano dispositivo, según investigadores del Energy Safety Research Institute (ESRI) en la Universidad de Swansea en colaboración con investigadores de la Universidad de Rice. El nuevo estudio aparece en la revista Nano Letters de la American Chemical Society.

El director de ESRI, Andrew Barron, también profesor de la Universidad de Rice en los EE. UU., Y su equipo han descubierto cómo limpiar los nanotubos lo suficiente para obtener mediciones electrónicas reproducibles y, en el proceso, no solo explicaron por qué las propiedades eléctricas de los nanotubos han sido históricamente tan difíciles. medir consistentemente, pero han demostrado que puede haber un límite en la forma en que los dispositivos electrónicos “nano” del futuro pueden usar nanotubos de carbono.

Como cualquier cable normal, los nanotubos semiconductores son cada vez más resistentes a la corriente a lo largo de su longitud. Pero las mediciones de conductividad de los nanotubos a lo largo de los años han sido todo menos consistentes. El equipo de ESRI quería saber por qué.

“Estamos interesados ​​en la creación de conductores basados ​​en nanotubos y, aunque la gente ha podido fabricar cables, su conducción no ha cumplido las expectativas. Estábamos interesados ​​en determinar el aplique básico detrás de la variabilidad observada por otros investigadores ”.

Descubrieron que los contaminantes difíciles de eliminar (catalizador de hierro sobrante, carbono y agua) podían distorsionar fácilmente los resultados de las pruebas de conductividad. Quemarlos, dijo Barron, crea nuevas posibilidades para los nanotubos de carbono en la electrónica a nanoescala.

Los investigadores primero fabricaron nanotubos de carbono de paredes múltiples de entre 40 y 200 nanómetros de diámetro y hasta 30 micrones de largo. Luego calentaron los nanotubos al vacío o los bombardearon con iones de argón para limpiar sus superficies.

Probaron nanotubos individuales de la misma manera que se probaría cualquier conductor eléctrico: tocándolos con dos sondas para ver cuánta corriente pasa a través del material de una punta a la otra. En este caso, sus sondas de tungsteno se conectaron a un microscopio de efecto túnel.

En nanotubos limpios, la resistencia se hizo progresivamente más fuerte a medida que aumentaba la distancia, como debería. Pero los resultados se desviaron cuando las sondas encontraron contaminantes en la superficie, lo que aumentó la intensidad del campo eléctrico en la punta. Y cuando las mediciones se tomaron con una diferencia de 4 micrones entre sí, las regiones de conductividad reducida causadas por contaminantes se superpusieron, alterando aún más los resultados.

“Creemos que es por eso que hay tanta inconsistencia en la literatura”, dijo Barron.

“Si los nanotubos van a ser el conductor ligero de próxima generación, entonces se necesitan resultados consistentes, lote a lote y muestra a muestra, para dispositivos como motores y generadores, así como para sistemas de energía”.

Recocido de nanotubos en un vacío por encima de 200 grados Celsius (392 grados Fahrenheit ) redujeron la contaminación de la superficie, pero no lo suficiente como para eliminar resultados inconsistentes, encontraron. El bombardeo de iones de argón también limpió los tubos, pero provocó un aumento de los defectos que degradan la conductividad.

En última instancia, descubrieron que los nanotubos de recocido al vacío a 500 grados Celsius (932 Fahrenheit) reducían la contaminación lo suficiente como para medir con precisión la resistencia, informaron.

Hasta ahora, dijo Barron, los ingenieros que usan fibras o películas de nanotubos en dispositivos modifican el material mediante dopaje u otros medios para obtener las propiedades conductoras que requieren. Pero si los nanotubos de origen están lo suficientemente descontaminados, deberían poder obtener la conductividad correcta simplemente colocando sus contactos en el lugar correcto.

“Un resultado clave de nuestro trabajo fue que si los contactos en un nanotubo están separados por menos de 1 micrón, las propiedades electrónicas del nanotubo cambian de conductor a semiconductor, debido a la presencia de zonas de agotamiento superpuestas”, dijo Barron, “esto tiene un potencial factor limitante en el tamaño de los dispositivos electrónicos basados ​​en nanotubos: esto limitaría la aplicación de la ley de Moore a los dispositivos con nanotubos “.

Publicación: Chris J. Barnett, et al., “Propiedades eléctricas espaciales y dependientes de la contaminación de los nanotubos de carbono”, Nano Letters, 2018; DOI: 10.1021 / acs.nanolett.7b03390

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