نانولوله‌های دارای نقص ساختاری، جایگزینی خوب برای سیلیکون

یک گروه پژوهشی در آزمایشگاه ملی اوک ریج دریافته‌اند که می‌توانند رسانایی اتصالات میان نانولوله‌ها را با افزودن نقایصی در ساختار این نانولوله‌ها افزایش دهند.

نانولوله‌های کربنی منفرد رساناهای بسیار خوبی هستند، زیرا آنها در واقع یک
تک‌مولکول کربن می‌باشند. آنها در زمینه انتقال بار حتی از سیلیکون نیز بهتر
عمل می‌کنند و این بدان معناست که مدارات نانولوله‌ای می‌توانند سرعت محاسبات
را افزایش داده و اندازه تراشه‌ها را کاهش دهند.

وینست مونیر در آزمایشگاه ملی اوک ریج در تنسی می‌گوید: «مشکل این است که اتصال
این نانولوله‌ها به مدارات آسان نمی‌باشد. اتصال میان نانولوله‌های منفرد بار
را به خوبی انتقال نمی‌دهد».

مونیر می‌گوید زمانی که الکترون‌ها به انتهای یک نانولوله می رسند، به جای
اینکه همانند حرکت در سیم‌های فلزی به سیم مجاور منتقل شوند، به سمت عقب
برمی‌گردند. در حقیقت اتصال میان نانولوله‌ها که الکترون‌ها را منتقل می‌کنند،
یک مانع در مسیر حرکت آنها محسوب می‌شوند؛ دانشمندان به این مانع «شیشه مات»
می‌گویند.

حال گروه پژوهشی مونیر دریافته‌اند که می‌توانند شفافیت این اتصالات را با
افزودن بی‌نظمی‌هایی در اتصالات انتهایی نانولوله‌ها افزایش دهند.

اتم‌های کربن در یک نانولوله به طور معمول آرایش شش‌ضلعی دارند. این محققان از
شبیه‌سازی‌های بسیار دقیق استفاده نمودند تا ببینند زمانی که تعدادی پنج‌ضلعی
یا شش‌ضلعی به این ساختار معمول اضافه می‌شود، چه اتفاقی می‌افتد.

این نتایج نشان می‌دهند که چنین بی‌نظمی‌ها می‌توانند رسانایی اتصالات انتهایی
نانولوله‌ها را بهبود بخشند. یک اتصال Y شکل از سه نانولوله کربنی بدون نقص
ساختاری به طور معمول به عنوان یک عایق عمل می‌کند. اما در صورتی که تعدادی
بی‌نظمی در ساختار آن وارد نماییم، در دنیای مجازی (شبیه‌سازی) به یک رسانای
عالی تبدیل می‌شود.

افزودن فقط دو نقص ساختاری همانند یک پنجره رسانایی عمل می‌کند که جریانات با
شدت خاص می‌توانند از آن عبور کنند، اما افزودن نقایص بیشتر راه را برای عبور
تقریباً هر جریانی از الکترون‌ها باز می‌کند.

به طور معمول الکترون‌هایی که به یک اتصال سه‌راهی Y شکل می‌رسند، به دیواره
انتهایی نانولوله برخورد کرده و به عقب بازمی‌گردند. این نقایص ساختاری باعث
تغییر زاویه دیواره انتهایی نانولوله شده و الکترون‌ها نمی‌توانند به راحتی
قبل، با برخورد به این دیواره به عقب بازگردند. جایدهی دقیق این نقایص می‌تواند
الکترون‌ها را به سمت یکی دیگر از نانولوله‌ها سوق دهد.

مونیر می‌گوید: «این یک اثر غیرمستقیم است؛ هیچ الکترونی از طریق خود این نقایص
عبور نمی‌کند».

گروه پژوهشی مونیر می‌گویند می‌توان از این نقایص ساختاری برای هدایت دقیق یک
جریان الکترونی در یک مسیر خاص درون یک شبکه کندومانند از نانولوله‌های کربنی
استفاده کرد. مونیر توضیح می‌دهد: «سپس شما می‌توانید شروع به ساختن چیزهای
مختلف کنید. شما می‌توانید شبکه‌های واقعاً پیچیده بسازید».