Созданы нанопровода всего в три атома толщиной

Цзюньхао Лин, доктор наук Вандербильтского университета и приглашенный ученый Национальной лаборатории Оук-Ридж (ORNL), нашла способ использовать мелко сфокусированный пучок электронов для создания самых маленьких проводов. Гибкие металлические провода всего в три атома шириной — это в тысячу раз меньше, чем микроскопические провода, которыми подключают транзисторы в современных интегральных схемах.

Достижение Лин описывается в статье, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology. По словам Сократа Пантелидеса, профессора физики и инженерии Вандербильтского университета, новая техника представляет новый интересный способ манипуляции материей на наноуровне и должна открыть новые горизонты для создания электронных схем из атомных монослоев, что приведет к созданию самых тонких возможных форм-факторов для твердых объектов.

Лин сделала крошечные провода из специальных материалов семейства полупроводниковых, которые естественным образом образуют монослои. Эти материалы, известные как дихалькогениды переходных металлов (TMDC), изготавливаются путем объединения молибдена или вольфрама с серой или селеном. Наиболее известным членом этого семейства является дисульфид молибдена, распространенный минерал, который используется в качестве твердой смазки.

Атомные монослои представляют объект значительного интереса, поскольку обладают рядом замечательных качеств, в том числе исключительной прочностью и гибкостью, прозрачностью и высокой подвижностью электронов. Этот интерес возник в 2004 году в связи с открытием легкого способа создания графена, сотовой решетки атомов углерода в один слой, которая поставила ряд рекордов прочности, а также электро- и теплопроводимости. Несмотря на превосходные свойства графена, эксперты столкнулись с проблемами в так называемой функционализации — преобразования материалов в полезные устройства. Поэтому исследователи обратились к другим однослойным материалам вроде TMDC.

Другие исследовательские группы уже создали рабочие транзисторы и гейты флеш-памяти из материалов TMDC. Поэтому создание проводов на их основе означает возможность соединить эти базовые компоненты. Сразу после транзисторов, провода являются одной из важнейших частей, составляющих схему. Хотя микросхемы (чипы) сегодняшнего дня невероятно малы, они содержат более 20 километров медной проволоки.

«Скорее всего, открытие стимулирует огромный интерес в области создания монослойных схем, — говорит Лин. — Поскольку эта техника использует электронное облучение, в принципе она может быть применима к любому типу электронного инструмента, даже электронно-лучевой литографии».

Одним из интригующих свойств монослойной схемы является ее прочность и гибкость. Пока слишком рано говорить о возможных сферах применения оной, но, как говорит Пантелидес, «если вы дадите волю своему воображению, вы сможете представить дисплеи планшетов и телевизоров толщиной с лист бумаги, который можно свернуть и положить в карман».

Кроме того, Лин предполагает, что новая техника позволит создание трехмерных микросхем за счет наложения монослоев в стиле «блоков LEGO». Личным руководителем в области микроскопии Лин является Ву Чжоу, сотрудник ORNL.

«Цзюньхао использовала просвечивающий растровый электронный микроскоп (STEM), который способен фокусировать луч электронов до плотности в пол-ангстрем (половина размера атома) и направлять этот луч с высокой точностью», — говорит Чжоу.