การผลักดันขีดจำกัดของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ซิลิคอนเพื่อสร้างอุปกรณ์ที่มีขนาดเล็กลง เร็วขึ้น และมีประสิทธิภาพมากขึ้นนั้นยากขึ้นเรื่อยๆ วิธีหนึ่งที่เป็นไปได้คือการใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติที่เป็นปรากฎการณ์มากมายของโครงสร้างนาโนคาร์บอนที่ถูกค้นพบในช่วง 40 ปีที่ผ่านมา อย่างไรก็ตาม ในชุดของวัสดุคาร์บอนนาโนนี้ ยังขาดวัสดุที่มีลักษณะเหมือนเส้นลวดซึ่งมีคุณสมบัติเป็นโลหะ
ที่สามารถ
ปรับแต่งและผลิตได้อย่างน่าเชื่อถือ สิ่งนี้ทำให้เกิดความท้าทายเพราะการเชื่อมต่อส่วนประกอบเซมิคอนดักเตอร์นาโนคาร์บอนกับสายทองแดงหรือเงินแบบเดิมๆ อาจทำให้ความเงางามลดลง ในขณะที่ท่อนาโนคาร์บอนที่มีคุณสมบัติเป็นโลหะสามารถสร้างขึ้นได้อย่างง่ายดาย อุปสรรค์คือท่อนาโนคาร์บอน
จำนวนมากที่มีคุณสมบัติเป็นเซมิคอนดักเตอร์จะต้องถูกผลิตในเวลาเดียวกันอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ น่าเสียดายที่การแยกท่อนาโนโลหะออกจากท่อนาโนของสารกึ่งตัวนำนั้นยังคงเป็นศิลปะมืด อีกทางเลือกหนึ่งคือกราฟีน ด้วยการเคลื่อนที่อย่างไม่เคยมีมาก่อนของอิเล็กตรอน π-อิเล็กตรอน
การเติมสารกระตุ้นสามารถผลักดันการนำไฟฟ้าของกราฟีนให้เหนือกว่าทองแดง แต่ถ้ากราฟีนถูกตัดเป็นแถบที่เรียกว่ากราฟีนนาโนริบบอน (GNRs) เพื่อสร้างสายสำหรับการเชื่อมต่อระหว่างกัน อิเล็กตรอนแบบแยกส่วนของวัสดุจะถูกจำกัดด้วยความกว้างของนาโนริบบอน สิ่งนี้จะเปิดช่องว่างที่ทำให้วัสดุ
กลายเป็นเซมิคอนดักเตอร์หรือแม้แต่ฉนวน ขณะนี้ นักวิจัยในสหรัฐฯ ได้แสดงวิธีผลิตแกรฟีนนาโนริบบอนที่มีคุณสมบัติเป็นโลหะที่แข็งแรงตามคำสั่งซื้อ ซึ่งช่วยเชื่อมโยงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นคาร์บอนทั้งหมดให้ขาดหายไป ซึ่งเป็นนักวิจัยในห้องทดลองที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์
การสังเคราะห์ทฤษฎีและการทดลอง“การค้นหา GNR ที่เป็นโลหะเป็นคำถามที่มีมาอย่างยาวนานในสาขานี้” ครอมมี นักฟิสิกส์เชิงทดลองกล่าว ไม่เพียงแต่ความต้องการสูงสำหรับ GNR ที่เป็นโลหะเท่านั้น แต่ในขณะนี้ผู้คนได้รู้ว่าสิ่งที่จำเป็นในการสร้างสิ่งเหล่านี้ ยังไงก็ตาม นาโนริบบอนต้องได้รับ
การตกแต่ง
ด้วยคุณสมบัติที่มีสถานะอิเล็กทรอนิกส์ตรงกลางแบนด์แกป ซึ่งเรียกว่าสถานะโหมดศูนย์ จากนั้น จะต้องแน่ใจว่าสถานะโหมดศูนย์เหล่านี้มีระยะห่างเท่ากันอย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อให้อิเล็กตรอนสามารถกระโดดได้อย่างง่ายดายเท่ากันระหว่างสถานะเหล่านี้ตลอดความยาวของนาโนริบบอน
นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีกล่าวว่า “ความคิดนั้นมีอายุเก่าแก่กว่าหนึ่งศตวรรษ” และเสริมว่าผู้บุกเบิกตั้งแต่เริ่มต้นของกลศาสตร์ควอนตัมกำลังครุ่นคิดถึงแนวคิดที่คล้ายกัน สิ่งที่จับต้องได้ดังที่ ชี้ให้เห็นคือสิ่งนี้ทำได้ยากมากในทางปฏิบัติ การได้รับสถานะโหมดศูนย์เลยนั้นยังห่างไกลจากเรื่องเล็กน้อย
ไม่เพียงแต่การออกแบบตั้งแต่แรกเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการสังเคราะห์ด้วย สิ่งที่มักเกิดขึ้นคือสถานะจะจับคู่กันเพื่อให้อิเล็กตรอนสามารถกระโดดไปมาภายในแต่ละคู่ได้ง่ายกว่าที่พวกมันจะกระโดดไปยังคู่ที่อยู่ติดกัน ทำให้วัสดุกลายเป็นเซมิคอนดักเตอร์ ในทางกลับกัน เมื่อสร้างแบบเอกสารสำเร็จรูป
โดยเว้นระยะห่างเท่าๆ กัน โดยทั่วไปจะไม่มีโหมดศูนย์แม้จะมีความท้าทายเหล่านี้ ความเป็นไปได้ในการผลิต GNR ที่เป็นโลหะยังคงมีเสน่ห์ เนื่องจากคุณสมบัติที่ปรับแต่งตามอะตอมของ GNR ที่สามารถผลิตได้อย่างน่าเชื่อถือและคัดเลือกเมื่อเย็บ GNR เข้าด้วยกันจากโมเลกุลสารตั้งต้นที่เฉพาะเจาะจง
นี่เป็นสิ่งที่เป็นไปไม่ได้สำหรับท่อนาโนคาร์บอน การตามล่าไม่ได้เป็นเพียงการหาสารตั้งต้นที่ถูกต้องเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเงื่อนไขของปฏิกิริยาที่จะทำให้พวกมันรวมตัวกันเป็นนาโนริบบอนที่มีสถานะโหมดศูนย์เท่ากัน“ไขว้นิ้ว”“คุณไม่สามารถเข้าไปในนั้นโดยใช้แหนบเพื่อนำทางในการประกอบ” นักเคมี
“เมื่อคุณใส่สารตั้งต้นของโมเลกุลลงบนพื้นผิวและให้พลังงานที่พวกเขาต้องการเพื่อสร้างนาโนริบบอน สิ่งที่คุณทำได้คือแค่ไขว้นิ้วและหวังว่าการวางแผนและการออกแบบทั้งหมดที่เข้าไปในโครงสร้างของสารตั้งต้นจะจ่ายออกไปและเปิดโอกาสให้ตัวเอง – ประกอบเข้ากับ GNR ที่ต้องการ”
สถานการณ์
ทั้งหมดอาจฟังดูเหมือนพ่อแม่สิ้นหวังที่พยายามดันลูกหลานที่เอาแต่ใจให้กลับเข้าสู่ทางตรงและแคบ แต่ในกรณีนี้ ความเชี่ยวชาญร่วมกันของกลุ่มในด้านฟิสิกส์วัสดุ การออกแบบสารตั้งต้น และเคมีสังเคราะห์ได้ตอบแทน นักวิจัยใช้สารตั้งต้นที่ทำจากแถบวงแหวนอะโรมาติกที่เชื่อมต่อกัน
ซึ่งต่อเข้ากับกระดูกสันหลังของกราฟีนนาโนริบบอน และกลุ่มเมทิลที่เพิ่มอะตอมของคาร์บอนเพิ่มเติมตามขอบ จากนั้นจึงเย็บเข้าด้วยกันตั้งแต่หัวจรดท้ายบนพื้นผิวสีทองเพื่อผลิตริบบิ้นนาโน โดยที่อะตอมของคาร์บอนเพิ่มเติมทำให้เกิดแหลมเล็กๆ ข้างอ่าวที่มีอะตอมกำบัง จึงทำให้เกิดสถานะโหมดศูนย์
ที่มีระยะห่างเท่าๆ กันซึ่งเกิดจากการสลับด้านของนาโนริบบอน นั่นเองการแก้ไขในตัวแต่นั่นคือจุดที่พล็อตหนาขึ้น เมื่อนักวิจัยสำรวจคุณสมบัติของระบบเพิ่มเติมด้วย การคำนวณ ab initioพวกเขาตระหนักว่าพื้นผิวทองคำที่อยู่เบื้องหลังนั้นกระตุ้นการเติมสารกระตุ้นและฟิลด์พื้นผิวที่ช่วยยึดแบนด์วิธที่แคบมาก
ของพฤติกรรมโลหะใน GNR ของพวกเขาไว้ด้วยกัน นำพื้นผิวทองคำออกไปและแถบรัดจะเปิดขึ้นอีกครั้งในการหลีกเลี่ยงสิ่งนี้ เราต้องจำไว้ว่าโครงสร้างรังผึ้งของอะตอมของคาร์บอนในกราฟีนนั้นสามารถอธิบายได้ด้วยโครงตาข่ายสามเหลี่ยมซ้อนทับกันสองอัน ความสมมาตรนี้ส่งผลต่อพฤติกรรม
ของอิเล็กตรอนเนื่องจากการเคลื่อนที่ตามสถานะโหมดศูนย์ของโลหะนั้นถูกจำกัดไว้ที่หนึ่งซับแลตทิซ ซึ่งตรงข้ามกับการกระโดดระหว่างสองซับแลตทิซ อย่างไรก็ตาม การกระโดดไปตามซับแลตทิซเพียงอันเดียวนั้นยากกว่า เนื่องจากอิเล็กตรอนจะต้องกระโดดไปยังเพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุดลำดับที่สอง และยังต้องไปไกลกว่านั้น
credit : เว็บแท้ / ดัมมี่ออนไลน์
