Միկրոսխեմաների չափերի փոքրացմանը զուգընթաց ավելի ու ավելի դժվար է դառնում դրանց բաղադրիչների միջև էլեկտրական ազդանշանների արդյունավետ փոխանցումը պահպանելը. գերբարակ հաղորդիչներում մեծանում է էլեկտրոնների ցրումը, ինչն ավելացնում է դիմադրությունն ու էներգիայի կորուստները։ Չինացի գիտնականները սինթեզել են մեկ նանոմետրից պակաս լայնությամբ ածխածնային նյութ, որն ապահովում է էլեկտրոնների գրեթե բալիստիկ տեղափոխում։ Հեռանկարում այն կարող է հիմք դառնալ գերբարակ էլեկտրական միացումների ստեղծման համար, որոնք կկարողանան աշխատել նվազագույն կորուստներով։

Ինչպես հայտնում է Global Times-ը՝ հղում անելով «Սինհուա» գործակալությանը, նյութը մշակել է Հեֆեյում գտնվող Չինաստանի գիտության և տեխնոլոգիայի համալսարանի գիտնականների խումբը։ Հետազոտության արդյունքները հրապարակվել են Nature ամսագրում։

Նոր մշակումը ածխածնային պենտահեպտիտային նանոժապավեն է (carbon pentaheptite nanoribbon)։ Դրա կառուցվածքը կազմված է ածխածնի ատոմներից, որոնք միացած են հնգանդամ և յոթանդամ օղակներով։ Փորձերը ցույց են տվել, որ ստացված տարբերակներից մեկն օժտված է մետաղական հատկություններով և ապահովում է էլեկտրոնների արդյունավետ շարժում՝ համեմատաբար փոքր ցրմամբ։

Էլեկտրոնների գրեթե բալիստիկ շարժում

Հետազոտողները ստացել են նանոժապավենների երկու տեսակ՝ նման հիմնական կառուցվածքով, սակայն եզրերին ածխածնային շղթաների տարբեր դասավորությամբ։ Առաջին տարբերակը, որը նշանակվել է CPHN 1, դրսևորել է մետաղական վարքագիծ։ Երկրորդը՝ CPHN 2-ը, պարզվել է, որ նեղ արգելված գոտի ունեցող կիսահաղորդիչ է։

Չափումները ցույց են տվել, որ CPHN 1-ի էլեկտրական հաղորդականությունը մոտենում է հաղորդականության մեկ քվանտին՝ էլեկտրական հաղորդականության հիմնարար միավորին։ Բացի այդ, նյութն ապահովում է էլեկտրոնների գրեթե բալիստիկ տեղափոխում. դրանք կառուցվածքի երկայնքով շարժվում են նվազագույն ցրմամբ։

Այս հատկությունը հատուկ հետաքրքրություն է ներկայացնում մանրաչափ էլեկտրոնիկայի համար։ Երբ հաղորդիչները չափազանց բարակ են դառնում, էլեկտրոնների փոխազդեցությունը նյութի սահմանների և արատների հետ կարող է ուժեղացնել ցրումն ու մեծացնել դիմադրությունը։ Արդյունքում ազդանշանների փոխանցումն ուղեկցվում է էներգիայի կորուստներով և ջերմության անջատմամբ։

Եթե գիտնականներին հաջողվի նոր նանոժապավենի հատկություններն օգտագործել իրական էլեկտրոնային սարքերում, այն կարող է հնարավորություն տալ միկրոսխեմաների բաղադրիչների միջև ավելի կոմպակտ միացումներ ստեղծելու և էլեկտրական ազդանշանների փոխանցման ընթացքում կորուստները նվազեցնելու։ Մշակումը կարող է նշանակություն ունենալ նաև ապագայի ածխածնային էլեկտրոդների և ամբողջությամբ ածխածնային էլեկտրոնիկայի համար։

Ինչպես հաջողվեց ստանալ նոր նյութը

Ածխածինը կարող է ձևավորել բոլորովին տարբեր բնութագրերով նյութեր՝ կախված իր ատոմների դասավորությունից և միացման եղանակից։ Օրինակ՝ ալմաստն ու գրաֆիտը կազմված են նույն քիմիական տարրից, սակայն ունեն տարբեր կառուցվածք և ֆիզիկական հատկություններ։ Գրաֆենում ածխածնի ատոմները ձևավորում են վեցանկյուն ցանց։

Դեռևս 1996 թվականին տեսաբանները ենթադրել էին, որ ածխածնային հնգանդամ և յոթանդամ օղակներից կազմված կառուցվածքը կարող է ունենալ մետաղական հատկություններ և էլեկտրականություն հաղորդել։ Սակայն երկար ժամանակ չէր հաջողվում այդպիսի նյութ ստանալ վերահսկվող եղանակով և փորձարարորեն հաստատել դրա բնութագրերը։

Պրոֆեսորներ Վան Բինի և Ֆան Ցիտանի ղեկավարած թիմը մշակել է արծաթի մակերևույթի վրա փուլային սինթեզի մեթոդ։ Սկզբում գիտնականներն օգտագործել են ածխածնային ութանդամ օղակներով համեմատաբար կայուն մոլեկուլներ, որոնք միացրել են շղթաներով։ Տաքացնելիս օղակները վերածվել են հնգանդամ օղակների զույգերի՝ ձևավորելով պոլիպենտալենային շղթաներ։

Այնուհետև ջերմաստիճանը բարձրացրել են։ Հարևան շղթաները միացել են կողային կողմերով. հետազոտողներն այս գործընթացը համեմատում են կայծակաճարմանդը փակելու հետ։ Դրանց միջև ձևավորվել են յոթանդամ օղակներ, ինչի արդյունքում առաջացել են ածխածնային կառուցվածքների երկու տեսակն էլ պարունակող նանոժապավեններ։

Աշխատանքը ցույց է տալիս, որ մեկ նանոմետրից պակաս լայնությամբ կառուցվածքում ածխածնային օղակների դասավորությունը փոխելը թույլ է տալիս ստանալ տարբեր էլեկտրոնային բնութագրերով նյութեր։ Սա նոր հնարավորություններ է բացում ուսումնասիրելու համար, թե ինչպես է ատոմային կառուցվածքն ազդում հաղորդականության վրա։

Միաժամանակ մշակումը դեռ հեռու է գործնական կիրառությունից։ Գիտնականները պետք է կատարելագործեն սինթեզի գործընթացը և ստուգեն՝ արդյոք հնարավոր է նյութը ներառել իրական էլեկտրոնային սարքերում։ Առայժմ խոսքը փորձարարական մշակման, այլ ոչ թե ժամանակակից միկրոսխեմաներում օգտագործվող հաղորդիչների պատրաստի փոխարինիչի մասին է։