Голландским ученым удалось изготовить полупроводниковые углеродные нанотрубки практически идеальной чистоты, что может дать новый импульс использованию нанотрубок в наноэлектронике.

Рис.1. Полученное методом АСМ изображение углеродной нанотрубки, расположенной между двумя электродами. Масштаб - 200 нм.

Электрические, оптические и прочие свойства всех твердых тел определяются поведением электронов (с энергиями выше энергии Ферми E_F) и дырок (не занятых электронами состояний с энергиями ниже E_F). Иногда характеристики электронов и дырок настолько близки, что предположение о строгой электрон-дырочной симметрии оказывается отличным приближением для описания таких систем. В полупроводниках все не так: структура зоны проводимости и валентной зоны, как правило, совершенно различна; эффективные массы электронов и дырок часто отличаются на порядок и более. При этом, если в объемных образцах энергетический спектр электронов и дырок является непрерывным, то в полупроводниковых наноструктурах спектр дискретный, что связано с эффектами размерного квантования. Углеродные нанотрубки также относятся к наноструктурам, хотя и весьма своеобразным: один из их размеров может быть макроскопическим, а вот два других составляют несколько нанометров или даже меньше. При этом, в зависимости от типа спиральности и диаметра, нанотрубки обладают либо металлическими, либо полупроводниковыми свойствами. У нанотрубок конечной длины энергетический спектр дискретный, как в квантовых точках. Современные экспериментальные методики позволяют отслеживать "пошаговое" заполнение этих уровней электронами и дырками путем соответствующего изменения потенциала на электродах и определять тем самым структуру спектра. Для металлических нанотрубок это было проделано сравнительно давно, тогда как аналогичным исследованиям полупроводниковых нанотрубок препятствовало низкое качество последних: многочисленные дефекты разбивали нанотрубку на отдельные "островки", и спектры разрешить не получалось. Голландским физикам из Delft University of Technology впервые удалось изготовить одностенные полупроводниковые нанотрубки, качество которых оказалось более чем приемлемым для изучения их одноэлектронных (и "однодырочных") характеристик. Путем контролируемого добавления в нанотрубку одного за другим все новых и новых электронов (или же удаления электронов, то есть добавления дырок) был определен дискретный энергетический спектр нанотрубки. Оказалось, что электронная и дырочная части спектра почти тождественны, то есть имеет место электрон-дырочная симметрия. Это, в общем-то, не удивительно, поскольку давно предсказано теоретиками. Удивительно другое: ведь даже незначительное количество примесей убивает симметрию (поскольку, например, отрицательно заряженные примеси отталкивают электроны, но притягивают дырки). Поэтому главным достоинством этой работы следует считать освоение технологии изготовления полупроводниковых нанотрубок почти идеальной чистоты, что, без сомнения, даст новый импульс практическому использованию нанотрубок в наноэлектронике.

Источник информации - заметка Л.Опенова в бюллетене ПерсТ, выпуск 11 за 2004 г.