سیم‌های نانو‌لوله‌ای در مدارهای الکتریکی

اخیراً محققان شرکت اینتل‌ نشان داده‌اند که می‌توان از دسته‌های نانولوله‌های کربنی به عنوان اتصالات داخلی در مدارهای مجتمع (IC) بهره برد و آنها را جایگزین اتصالات مسی کرد. نتایج تجربی نشان داد که مقاومت القایی (اندوکتانس) و ظرفیت الکتریکی نانولوله‌های تک‌جداره دو برابر مقدار مورد انتظار در پیش‌بینی‌های نظری است.

در پی تقاضای مصرف‌کننده‌ها برای تراشه‌های کوچک‌تر وسریع‌تر، استفاده از اتصالات
داخلی مسی به تولید گران‌تر و مشکل‌تر خواهد انجامید. علاوه بر این، خواص ساختاری و
الکتریکی مس در اندازه‌های کوچک‌تر، تنزل پیدا می‌کند. نانولوله‌های کربنی که دارای
خواص الکتریکی بسیار خوبی هستند، راه حلی برای این مشکل محسوب می‌شوند. بررسی‌های
نظری نشان داده‌اند که دسته‌های نانولوله‌های کربنی تک‌جداره عملکرد بهتری نسبت به
مس در مدارهای مجتمع دارند.
برای تحقق این امر، در عمل نیز باید نانولوله‌ها برای فرکانس‌های بالا، مقاومت
القایی، ظرفیت الکتریکی و مقاومت الکتریکی پیش‌بینی شده در بررسی‌های نظری را از
خود نشان دهند. در محاسبه مقاومت الکتریکی مؤثر و مقاومت القایی نانولوله‌های کربنی
باید به تعداد نانولوله در هر دسته توجه نمود، زیرا نانولوله‌های در یک دسته به‌صورت
مقاومت‌ها و القاگرهای موازی عمل می‌کنند. تعیین میزان دقیق عوامل بالا به خاطر
مقاومت ظاهری متفاوت نانولوله‌ها بسیار مشکل است (بین ده تا صد کیلواهم) . از
مشکلات دیگر، تجهیزات آزمایشگاهی دارای فرکانس بالاست؛ این تجهیزات مقاومت ظاهری
حدود ۵۰ کیلواهم دارند.
هم‌اکنون جان پلامبون و همکارانش در شرکت اینتل بر این مشکلات فائق آمده‌اند.
اندازه‌گیری‌های آنها نشان می‌دهد که مقادیر مقاومت ظاهری جنبشی و ظرفیت
الکترواستاتیک یک نانولوله کربنی تک‌جداره، دو برابر پیش‌بینی‌های نظری است.
محققان، نتایج خود را بر اساس اندازه‌گیری‌های فرکانس بالا (تا حد ۲۰ گیگاهرتز) روی
یک نانولوله منفرد، به دست آورده‌اند. آنها در این بررسی، نانولوله مذکور را به‌صورت
یک اتصال دو میکرومتری بین الکترودهای یک موج‌بر هم‌صفحه (Coplanar) ، مورد استفاده
قرار دادند.
محققان نشان دادند که مقاومت القایی فرکانس بالای دسته‌ای از نانولوله‌ها با تعداد
لوله‌ها در هر دسته مرتبط است.
پلامبون می‌افزاید: «به دست آوردن این نتایج بسیار مشکل بود. حدود یک سال طول کشید
تا ما روش خود را کامل کنیم. ما در این راه باید نمونه‌ها، الکترودها و ساختارهای
کالیبراسیون اندازه‌گیری فرکانس بالای نانولوله‌های کربنی را بهینه می‌کردیم که این
امر به‌دلیل کوچک بودن سیگنال‌ها و یا به عبارت دیگر اختلاف‌های بزرگ مقاومت ظاهری
بسیار مشکل بود».
این گروه هم‌اکنون به گسترش این روش می‌اندیشند و قصد دارند تا اندزه‌گیری‌های خود
را روی دسته‌هایی از نانولوله‌های تک‌جداره که شامل حداقل دویست لوله باشند، انجام
دهند.
پلامبون در این باره می‌گوید: «ما قصد داریم تا ساختارهای کالیبراسیون خود را به‌منظور
اعمال قیدهای محکم‌تر روی مقادیر مقاومت القایی جنبشی، بهبود دهیم. علاوه بر این ما
در تلاش هستیم تا اثرات ظرفیت الکتریکی نانولوله‌های کربنی را به مدل‌های مدار
معادل اضافه کنیم».
جزئیات این خبر در مجله .Appl. Phys. Lett به چاپ رسیده‌است.