Segundo un informe na última edición de Science, un equipo de investigación liderado pola Universidade de Tokyo en Xapón fabricou con éxito un nanotubo semiconductor de disulfuro de molibdeno (MoS₂) de parede simple con un diámetro de só 1 nanómetro, aproximadamente un centésimo milésimo da anchura do cabelo humano, utilizando nanotubos de nitruro de boro (BN) como plantilla. A estrutura considérase o nanotubo semiconductor máis pequeno do mundo ata a data. O logro non só confirma as predicións teóricas feitas hai décadas sobre as propiedades electrónicas dos materiais ultrafinos, senón que tamén ofrece un novo enfoque para o desenvolvemento de dispositivos electrónicos miniaturizados de próxima xeración.
Os nanotubos de carbono unha vez atraeron ampla atención polas súas excelentes propiedades mecánicas e eléctricas. Sen embargo, lixeiras diferenzas na súa estrutura atómica poden afectar significativamente á súa conductividade, creando retos para as aplicacións de transistores. En contraste, o MoS₂ é un material semicondutor natural cun amplo potencial en dispositivos electrónicos semicondutores, sensores de alta sensibilidade e investigación en física a escala cuántica. Con todo, á medida que os diámetros dos nanotubos diminúen, a estabilidade estrutural e a dificultade de fabricación aumentan drásticamente. Por tanto, producir nanotubos de MoS₂ ultrafinos con estruturas controladas seguía sendo un gran desafío na ciencia de materiais.
Para superar esta limitación, o equipo de investigación levou a cabo reacciones químicas dentro do estreito espazo interno dos nanotubos de BN, sintetizando nanotubos de MoS₂ de parede simple con un diámetro de só 1 nanómetro e unha estrutura atómica claramente definida. Os investigadores dixeron que este espazo confinado permitiu o crecemento de nanotubos de MoS₂ ultrafinos que doutro xeito serían difíciles de formar, ao tempo que promovía a disposición atómica ordenada e producía materiais altamente uniformes con estruturas ben definidas.
O estudo descobriu que a banda de separación diminúe á medida que o diámetro do nanotubo se fai máis pequeno, confirmando unha predición teórica proposta hai 25 anos.
Os métodos de fabricación de nanotubos convencionais producen típicamente nanotubos de parede múltiple con diámetros maiores de 10 nanómetros, e as súas estruturas atómicas son a miúdo difíciles de controlar con precisión. A escala nanométrica, mesmo diferenzas estruturais extremadamente pequenas poden afectar significativamente ao rendemento do material. Por tanto, lograr un control estrutural a nivel atómico é altamente significativo para as futuras aplicacións dos dispositivos.
As tecnoloxías semicondutoras existentes enfróntanse a unha dificultade crecente para manter a perfección structural á medida que os dispositivos seguen diminuíndo, cuns defectos que teñen un maior efecto en escalas máis pequenas. Os nanotubos de carbono enfróntanse a retos semellantes. Os nanotubos de MoS₂ poden ofrecer vantaxes no control dimensional e na consistencia da estrutura atómica, proporcionando un posible novo camiño para construír canais semicondutores ultraminiaturizados.
O logro permanece a unha certa distancia da aplicación práctica. Os nanotubos actualmente producidos só teñen varios cen nanómetros de longo. O equipo de investigación planea ampliar a súa lonxitude a aproximadamente 1 micrómetro, ou 1,000 nanómetros, e explorar se o mesmo método se pode utilizar para fabricar outros materiais nanotubos inorgánicos, incluíndo materiais magnéticos e supercondutores.