計算機芯片使用數(shù)十億個稱為晶體管的微型開關(guān)來處理信息。芯片上的晶體管越多，計算機速度就越快。

形狀像一維DNA螺旋的材料可能會進一步限制晶體管的尺寸。該材料來自一種稱為碲的稀土元素。

研究人員發(fā)現(xiàn)，這種材料封裝在由氮化硼制成的納米管中，有助于制造直徑為2納米的場效應(yīng)晶體管。市場上的晶體管由體積較大的硅制成，尺寸范圍在10到20納米之間。

這項研究發(fā)表在《自然電子》雜志上。普渡大學的工程師與密歇根理工大學，圣路易斯華盛頓大學和達拉斯的德克薩斯大學合作進行了這項工作。

在過去的幾年中，在實驗室環(huán)境中已經(jīng)構(gòu)建了小至幾納米的晶體管。目標是制造原子大小的晶體管。

普渡大學(Purdue)的Peide Ye的實驗室是許多研究小組之一，他們試圖利用比硅更薄的材料來實現(xiàn)更小和更高性能的晶體管。

普渡大學的理查德·J·理查德(Richard J.)和瑪麗·喬·施瓦茲(Mary Jo Schwartz)電氣與計算機工程學教授說：“這種碲材料確實是獨一無二的。它可以制造出世界上最小的功能晶體管。”

在2018年，普渡大學的同一研究團隊發(fā)現(xiàn)了碲，碲是一種從碲衍生的二維材料。他們發(fā)現(xiàn)用這種材料制成的晶體管可以承載更多的電流，從而使其效率更高。

這一發(fā)現(xiàn)使他們對碲還可以對晶體管產(chǎn)生什么影響感到好奇。該元件具有一維超薄材料形式的能力，有助于進一步縮小晶體管的尺寸。

縮小大多數(shù)電子設(shè)備中發(fā)現(xiàn)的場效應(yīng)晶體管的一種方法是建立圍繞較細納米線的柵極。這些納米線在納米管內(nèi)受到保護。

普渡大學電子與計算機工程博士學位的秦靜楷和廖培英領(lǐng)導(dǎo)了研究工作，研究如何使碲最小至單個原子鏈，然后用這些原子鏈或超薄納米線制造晶體管。

他們開始生長一維碲原子鏈。普渡大學的Wenzhuo Wu的實驗室合成了裸碲納米線用于比較。華盛頓大學李陽領(lǐng)導(dǎo)的一個團隊模擬了碲的行為。

研究人員驚訝地發(fā)現(xiàn)這些一維鏈中的原子會擺動。這些擺動通過德克薩斯大學達拉斯分校的Moon Kim和普渡大學的Hai-Yan Wang進行的TEM成像而可見。

葉說：“硅原子看起來很直，但是這些碲原子就像一條蛇。這是一種非常原始的結(jié)構(gòu)。”

擺動是原子成對地彼此牢固結(jié)合，形成DNA樣的螺旋鏈，然后通過稱為范德華相互作用的弱力堆疊，形成碲晶體。

葉說，與其他材料相比，這些范德華相互作用將碲作為單原子鏈或一維納米線的一種更有效的材料，因為它更容易裝入納米管中。

由于納米管的開口不能小于原子的大小，因此原子的碲螺旋可以實現(xiàn)更小的納米線，從而也可以實現(xiàn)更小的晶體管。

研究人員用密歇根理工大學物理學教授Yoke Khin Yap的實驗室提供的氮化硼納米管封裝了碲納米線構(gòu)建了一個晶體管。高質(zhì)量的氮化硼納米管可以有效地隔離碲，從而可以制造晶體管。

許賢凡在普渡大學的實驗室通過拉曼光譜法表征了該材料的性能，以對其性能進行基準測試。

資助這項工作的美國陸軍研究辦公室項目經(jīng)理喬秋說：“這項研究揭示了一種有前途的材料，這些材料可以使用這些微型晶體管以極低的功耗實現(xiàn)更快的計算速度。”“這項技術(shù)將對陸軍有重要的應(yīng)用。”

這項工作還部分由國家科學基金會，空軍科學研究所和國防高級研究計劃局資助。研究人員在普渡大學發(fā)現(xiàn)園的伯克納米技術(shù)中心進行了實驗。