Ученым, работающим в исследовательских лабораториях IBM удалось измерить
распределение электрических зарядов в углеродных трубках с размерами менее
2 нм в диаметре, что в 50 000 раз меньше толщины человеческого волоса. Эта
оригинальная методика использует взаимодействие между электронами и фононами
для детального понимания электрического поведения углеродных нанотрубок
– перспективного материала для построения компьютерных микросхем, которые
обладали бы значительно меньшими размерами, более низким энергопотреблением
и более высоким быстродействием по сравнению с обычными кремниевыми транзисторами,
применяемыми сегодня. Фононы являются результатом происходящих в материале
атомных колебаний и способны определять тепловую и электрическую проводимость
этого материала. Электроны порождают и переносят электрический ток. Это
важные характеристики материала, которые можно использовать для передачи
электрических сигналов и выполнения вычислений. Взаимодействие между электронами
и фононами приводит к выделению тепла и препятствует прохождению электрического
тока в компьютерных микросхемах. Понимание взаимодействия электронов и фононов
в углеродных нанотрубках позволило исследователям создать более эффективный
способ для оценки их применимости в качестве проводов и полупроводниковых
компонентов для будущих компьютерных микросхем. Чтобы обеспечить возможность
использования углеродных нанотрубок для построения логических схем, ученые
стремятся продемонстрировать их высокую скорость, высокую плотность компоновки
и низкое энергопотребление, а также их пригодность для целей массового производства
«Успехи наноэлектроники в значительной степени будут зависеть от возможности
создания воспроизводимых наноструктур с хорошими характеристиками, такими
как у углеродных нанотрубок, – говорит д-р Фэдон Авоурис (Phaedon Avouris),
почетный сотрудник и ведущий исследователь IBM в области эффектов в углеродных
нанотрубках. – Использование этой методики позволяет нам наблюдать и понимать
локальное поведение электронов в отдельных углеродных нанотрубках». До настоящего
времени исследователи могли строить из углеродных нанотрубок одиночные транзисторы
с превосходными характеристикам, однако испытывали трудности в части тиражируемости
результатов. Углеродные нанотрубки весьма чувствительны к воздействиям окружающей
среды. Например, их свойства могут измениться при наличии посторонних примесей,
которые влияют на протекание электрического тока и меняют характеристики
устройства. Подобные взаимодействия, обычно проявляющиеся на локальном уровне,
меняют плотность электронов в различных компонентах интегральной схемы и
даже в пределах одиночной нанотрубки. Для изготовления более надежных транзисторов
необходимо более глубокое понимание того, как локальное окружение влияет
на электрический заряд углеродной нанотрубки. По указанной причине возможность
измерения локальных изменений плотности электронов в нанотрубке имеет огромное
значение. Группа сотрудников из исследовательского центра IBM имени Томаса
Дж. Уотсона (Thomas J. Watson Research Center), расположенного в Йорктаун-Хайтс,
только что решила эту проблему. Сообщение об этом достижении было опубликовано
в онлайновом выпуске журнала Nature Nanotechnology от 14 октября 2007 г.
В процессе экспериментов ученые непрерывно контролировала цвет светового
излучения, испускаемого нанотрубкой (эффект Рамана), и фиксировали его мельчайшие
изменения, соответствующие изменениям плотности электронов в нанотрубке.
Эта методика использует взаимосвязь между движением атомов и движением электронов
для представления изменений плотности электронов в виде изменений частоты
колебаний атомов в нанотрубке. В марте 2006 г. IBM объявила о том, что ее
исследователи создали первую в мире полноценную электронную интегральную
схему на основе углеродной нанотрубки из единственной молекулы.