東京大學的研究人員成功合成出世界上最小的半導體納米管，直徑僅為 1 奈米（幾乎是人類頭髮的 100,000 分之一）。該團隊通過在保護性氮化硼管內生長二硫化鉬，合成出高度均勻的 1 奈米寬半導體納米管。最終，這種同軸、無缺陷的結構為製造下一代高度迷你化的電子設備提供了一條可靠的新途徑。東京大學高級材料科學系的副教授中西祐介表示：「我們的論文展示了一種在原子尺度上對無機半導體納米管進行結構控制的方法。」
中西補充道：「我們實驗證實，納米管的帶隙（與材料作為半導體的工作方式有關）隨著直徑的縮小而減小，這與 25 年前提出的理論預測相符。」
二硫化鉬納米管作為碳納米管的強大新替代品，提供了明顯的材料優勢，吸引了工程師們的注意。雖然這些結構仍處於實驗階段，但它們擁有可靠的特性，使其在未來應用中十分有前景。具體來説，這些納米管為先進半導體電子學、高解像度傳感器以及量子尺度物理研究的發展開闢了新方向。然而，傳統的製造方法通常產生不規則的多壁納米管，直徑大於 10 奈米。在這一新進展中，團隊成功合成出寬度僅為 1 奈米的單壁二硫化鉬納米管。
這一精確度是通過在氮化硼納米管的狹窄空間內觸發化學反應來實現的。
東京大學成功合成 1 奈米半導體納米管，推動電子設備的發展
特別是，保護性外環境限制了成長結構的高度均勻和明確的原子排列，這對於先進的工程應用至關重要。這種創新方法克服了通常妨礙形成如此超小納米管的結構不穩定性。中西表示：「在納米管中，即使是微小的結構差異也能強烈影響其性質。如果能精確控制結構，則性能更為一致，這對於可靠且可重複的晶體管性能至關重要。他們最大的優勢在於原子級的結構控制。」
這項研究還解決了持續了 25 年的科學辯論。利用這些 1 奈米的納米管，團隊實驗性地證明瞭四分之一世紀前的理論預測。隨著這些特定材料的尺寸縮小，其帶隙——使半導體開關的能量屏障——實際上會減小。儘管實際應用仍需幾年時間，但研究團隊正在努力克服關鍵的工程障礙，例如將納米管的長度從幾百奈米擴展到至少一微米，以使工作晶體管可行。這種嵌套方法最終可能用於製造全新類別的無機納米管，包括備受推崇的磁性和超導材料。
未來，這一突破將使納米管科學遠遠超越基於碳的系統。它可能導致高度精確、原子級控制的材料，專為先進研究、高解像度感測和更小、更快速的電子設備而設計。該研究於 6 月 4 日發表在《科學》期刊上。
