Secondo un rapporto nell'ultima edizione di Science, un team di ricerca guidato dall'Università di Tokyo in Giappone ha fabbricato con successo un nanotubo semiconduttore di disolfuro di molibdeno (MoS₂) a parete singola con un diametro di soli 1 nanometro, circa un centomilionesimo della larghezza di un capello umano, utilizzando nanotubi di nitruro di boro (BN) come template. La struttura è considerata il nanotubo semiconduttore più piccolo del mondo fino ad oggi. Il risultato non solo conferma le previsioni teoriche fatte decenni fa sulle proprietà elettroniche dei materiali ultrassottili, ma offre anche un nuovo approccio per lo sviluppo di dispositivi elettronici miniaturizzati di nuova generazione.
I nanotubi di carbonio un tempo attiravano una vasta attenzione per le loro eccellenti proprietà meccaniche ed elettriche. Tuttavia, lievi differenze nella loro struttura atomica possono influenzare significativamente la loro conduttività, creando sfide per le applicazioni dei transistor. Al contrario, MoS₂ è un materiale naturalmente semiconduttore con ampio potenziale nei dispositivi elettronici semiconduttori, sensori ad alta sensibilità e ricerche nella fisica a scala quantistica. Man mano che i diametri dei nanotubi si riducono, tuttavia, la stabilità strutturale e la difficoltà di fabbricazione aumentano bruscamente. La produzione di nanotubi MoS₂ ultrassottili con strutture controllate è quindi rimasta una grande sfida nella scienza dei materiali.
Per superare questa limitazione, il team di ricerca ha effettuato reazioni chimiche all'interno del ridotto spazio interno dei nanotubi BN, sintetizzando nanotubi MoS₂ a parete singola con un diametro di soli 1 nanometro e una struttura atomica chiaramente definita. I ricercatori hanno affermato che questo spazio confinato ha consentito la crescita di nanotubi MoS₂ ultrassottili che altrimenti sarebbero difficili da formare, promuovendo anche un ordinato arrendamento atomico e producendo materiali altamente uniformi con strutture ben definite.
Lo studio ha rilevato che il gap di banda diminuisce man mano che il diametro del nanotubo diventa più piccolo, confermando una previsione teorica proposta 25 anni fa.
I metodi convenzionali di fabbricazione dei nanotubi producono tipicamente nanotubi a parete multipla con diametri superiori a 10 nanometri, e le loro strutture atomiche sono spesso difficili da controllare con precisione. A livello nanometrico, anche differenze strutturali estremamente piccole possono influenzare significativamente le prestazioni del materiale. Raggiungere un controllo strutturale a livello atomico è quindi altamente significativo per le future applicazioni dei dispositivi.
Le tecnologie semiconduttrici esistenti affrontano crescenti difficoltà nel mantenere la perfezione strutturale man mano che i dispositivi continuano a ridursi, con i difetti che hanno un effetto maggiore a scale più piccole. I nanotubi di carbonio affrontano sfide simili. I nanotubi MoS₂ possono offrire vantaggi nel controllo dimensionale e nella coerenza della struttura atomica, fornendo un potenziale nuovo percorso per costruire canali semiconduttori ultraminiaturizzati.
Il risultato rimane a una certa distanza dall'applicazione pratica. I nanotubi attualmente prodotti sono lunghi solo alcune centinaia di nanometri. Il team di ricerca prevede di estendere la loro lunghezza a circa 1 micrometro, o 1.000 nanometri, e di esplorare se lo stesso metodo possa essere utilizzato per fabbricare altri materiali nanotubi inorganici, inclusi materiali magnetici e superconduttori.