用于下一代电子的原子级纳米线

图1。（a）TMC纳米线的图解（b）化学气相沉积。成分在氢气/氮气气氛中蒸发，使其沉积并自组装在基材上。经Ref。许可转载。 1。

用于下一代电子产品的过渡金属硫族化物纳米线的可扩展合成。

东京城市大学的研究人员发现了一种使用化学气相沉积大规模制备过渡金属硫族化物自组装纳米线的方法。通过改变形成导线的基板，它们可以调整这些导线的排列方式，从原子薄板的对齐配置到成束的随机网络。

这为在下一代工业电子产品中的工业部署铺平了道路，包括能量收集以及透明，高效，甚至灵活的设备。

电子产品就是要使事情变得更小。例如，芯片上的较小功能意味着在相同的空间量内具有更高的计算能力和更高的效率，这对于满足由机器学习和人工智能提供动力的现代IT基础架构的日益严峻的需求至关重要。随着设备的小型化，对将所有东西绑在一起的复杂接线也提出了相同的要求。

最终目标将是仅是一两个原子的粗细的电线。随着穿过它们的电子的行为越来越像它们生活在一维世界而不是3D世界中，这种纳米线将开始利用完全不同的物理学。

图2。（a）在硅/二氧化硅晶片上生长的纳米线的扫描电子显微镜照片。（b）在晶体蓝宝石衬底上生长的纳米线的原子力显微镜图像。（c）对齐导线的扫描透射电子显微镜图像。（d）从末端看，单根TMC纳米线的扫描透射电子显微镜图像，并带有结构示意图。经Ref。许可转载。 1。

实际上，科学家已经拥有诸如碳纳米管和过渡金属硫族化物（TMC），过渡金属和可自组装成原子级纳米线的16族元素的混合物之类的材料。问题在于使它们足够长且足够大。大规模生产纳米线的一种方式将改变游戏规则。

现在，由东京都市大学的Hong En Lim博士和宫田康光副教授领导的团队提出了一种以前所未有的大规模制造长过渡金属碲化物纳米线的方法。他们使用一种称为化学气相沉积（CVD）的方法，发现它们可以根据用作模板的表面或基材以不同的排列方式组装TMC纳米线。示例如图2所示。在（a）中，生长在硅/二氧化硅衬底上的纳米线形成了随机的束网络；在（b）中，金属线按照下面的蓝宝石晶体的结构在设定的方向上装配到蓝宝石衬底上。通过简单地改变它们的生长位置，团队现在可以访问所需尺寸的覆盖了厘米大小的晶圆，包括单层，双层和束状网络，所有这些都具有不同的应用。他们还发现，导线本身的结构是高度结晶且有序的，其性能（包括出色的导电性和类似一维的行为）与理论预测中的相符。

图3。（左）（a）图示了在基板上组装的不同形式的TMC。（b）纳米线单层，（c）纳米线双层和（d）3D束的透射电子显微镜图像的横截面的扫描透射电子显微镜图像。经Ref。许可转载。 1。

拥有大量的长且高度结晶的纳米线肯定可以帮助物理学家更深入地表征和研究这些奇异的结构。重要的是，这是朝着在透明灵活的电子设备，超高效设备和能量收集应用中看到原子细线的实际应用迈出的令人振奋的一步。

参考：洪恩林，中西裕介，刘政，江浦，丸山美奈，远藤隆彦，安藤千里，清水浩史，柳木和宏，冈田进，田竹武和“一维过渡金属碲化物纳米线的晶圆级生长”宫田康光，2020年12月13日，Nano Letters.DOI：
10.1021 / acs.nanolett.0c03456

这项工作得到了JST CREST资助（JPMJCR16F3，JPMJCR17I5），日本科学促进会（KAPS）KAKENHI科学研究资助（B）（JP18H01832，JP19H02543，JP20H02572，JP20H02573），青年科学家（JP19K15383）的支持，JP19K15393），创新领域的科学研究（JP20H05189，JP26102012），特殊促进研究（JP25000003），具有挑战性的研究（探索性）（19K22127）和科学研究（A）（JP17H01069）以及村田科学基金会的资助（2019年） ，H31-068）和日本Keirin Autorace基金会（2020M-121）。这项工作部分由日本教育，文化，体育，科学和技术部（MEXT）的“纳米技术平台计划”支持的AIST纳米加工设施进行。授予号JPMXP09F19008709和20009034。