科研人員用碳納米管制成碳基半導體

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碳納米管最早發現于20世紀90年代初，因卓越的性能而獨樹一幟。碳納米管在導電和導熱方面的表現令人驚訝，在研發更快、更小、更高效的電子產品的過程中，一直被認為是硅的潛在替代品。

但是，生產具有特定性能的碳納米管仍是一項巨大的挑戰。某些碳納米管根據其卷繞方式被歸類為金屬納米管，這意味著電子可以以任何能量穿過它們，無法關閉其導電性。這限制了它們在數字電子領域的應用，數字電子產品使用打開或關閉的電信號來存儲二進制狀態，就像硅半導體晶體管在0位和1位之間切換一樣。

美國杜克大學教授Michael Therien團隊找到了解決這個問題的“鑰匙”，他們開發出一種制造碳基半導體的新方法，即用絲帶狀聚合物包裹碳納米管，同時施加外部能量控制其導電性，有望取代硅基半導體生產出更快、更小、更高效的電子產品。3月11日，這項研究發表于美國《國家科學院院刊》。

“我們采用了一種總是讓電流通過的金屬碳納米管，用特殊的聚合物以有序的螺旋狀纏繞在其周圍，就像在鉛筆上纏繞絲帶一樣。”論文第一作者、杜克大學博士Francesco Mastrocinque介紹。

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圖片來源：Francesco Mastrocinque

他們發現此時該納米管的電子特性從導體轉變為半導體——施加低能光照等外部能量時導電，撤除外部能量后不導電，由此獲得一種碳基半導體。這種影響是可逆的，當纏繞物被打開，這種碳納米管立即恢復原來的金屬狀態。

Therien表示：“我們提供了一個微妙的新工具，可以讓你通過設計來制造半導體。有朝一日可能被用于制造電子設備，從夜視鏡、運動探測器到更高效的太陽能電池。以太陽能電池為例，這項技術可用于制造納米管半導體，將更廣泛的波長轉化為電能，以利用更多的太陽能量。不過，該方法的實際應用可能還很遙遠，我們距離制造設備還有很長的路要走。”

相關論文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.231707812