Chế tạo thành công loại dây dẫn nano có độ dày chỉ bằng một nguyên tử

Các nhà nghiên cứu đã chế tạo thành công loại dây dẫn kim loại mỏng nhất trên thế giới, được tạo nên từ một chuỗi ổn định của nguyên tố hóa học Telua, có độ dày chỉ bằng một nguyên tử.

Nhóm nghiên cứu nói rằng, đây là vật liệu được định hình một cách tỉ mỉ và chính xác nhất từ trước đến nay, kỹ thuật được sử dụng để tạo ra loại dây dẫn nano “dày chỉ bằng một nguyên tử” này có thể dẫn đến những tiến bộ mới trong ngành khoa học vật liệu và thu nhỏ kích thước của thiết bị điện tử.

Trong khi bất kỳ cấu trúc nào dựa trên các nguyên tố trong bảng tuần hoàn thực tế tồn tại ở ba chiều không gian (3D), thì trong lĩnh vực vật liệu có kích thước nano, những cấu trúc có độ dày chỉ bằng một nguyên tử còn được coi là chỉ tồn tại ở một chiều không gian (1D) bởi sự bố trí chỉ một nguyên tử đơn lẻ tạo nên chiều rộng và chiều cao của chúng.

Để tạo nên loại dây dẫn nano “một chiều”, một nhóm được dẫn dắt bởi các nhà nghiên cứu từ Đại học Cambridge ở Anh đã tạo ra một chuỗi Telua bên trong những ống nano carbon cực mỏng, được tạo thành từ những nguyên tử carbon sắp xếp lại với nhau thành một hình trụ.

Chuỗi Telua được hình thành bên trong ống nano carobon

Theo nhóm nghiên cứu, những ống nano carbon này không chỉ giúp cung cấp một phương pháp tiện dụng để sản xuất dây nano bằng cách hạn chế chuỗi nguyên tử, mà còn cung cấp một phương tiện hỗ trợ việc hình thành cấu trúc 1D bên trong chúng.

Một trong những vấn đề của việc tạo ra các cấu trúc 1D là sự không ổn định, bởi các nguyên tử tạo nên dây nano sẽ ở trong trạng thái rung động liên tục, điều này sẽ làm cho chuỗi bị mất đi hình dạng hoặc tan rã.

Bằng cách “đóng gói” thứ hóa chất cần phải làm việc (bằng các ông nano carbon), các nhà nghiên cứu có thể giải quyết được vấn đề này, miễn là “vật liệu đóng gói” không tạo ra bất kỳ phản ứng phụ không mong muốn nào.

“Khi làm việc với các vật liệu có kích thước siêu nhỏ như thế này, chúng cần được kết tủa trên một bề mặt, nhưng vấn đề là những bề mặt này thông thường rất hay có phản ứng”, nhà khoa học vật liệu Paulo Medeiros, một trong những nhà nghiên cứu. “Nhưng các ống carbon có tính chất hóa học khá trơ, vì vậy chúng giúp giải quyết một trong những vấn đề khi cố gắng tạo ra các vật liệu một chiều.”

Sử dụng các ống carbon với đường kính từ 0,7 đến 1,1 nanomet, các nhà nghiên cứu đã có thể tạo ra dây dẫn nano Telua mỏng hơn khoảng 10.000 lần so với tóc người.

Họ cũng phát hiện ra rằng tính chất hóa học của Telua thay đổi dựa trên kích thước của đường ống nano carobn. Telua là một á kim, tức là nó vừa có tính chất của kim loại và phi kim. Khi bị “nhét” vào những ống carbon quá “chật chọi”, Telua hoạt động giống như một kim loại và ít giống một chất bán dẫn.

Tham khảo Sciencealert