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半導(dǎo)體性碳納米管具有大長徑比、無懸鍵表面、高載流子遷移率、室溫彈道輸運(yùn)等獨(dú)特結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)異電學(xué)性質(zhì)，因而被認(rèn)為是十納米以下高性能、低功耗晶體管溝道材料的有力候選。碳納米管的導(dǎo)電屬性取決于其螺旋（手性）結(jié)構(gòu)，通常制備出的碳納米管為金屬性和半導(dǎo)體性碳納米管的混合物。雖然近年來碳納米管的結(jié)構(gòu)控制生長與手性分離研究取得了較大進(jìn)展，但單根碳納米管的手性及導(dǎo)電屬性調(diào)控仍是本領(lǐng)域研究的關(guān)鍵和難點(diǎn)。 

圖1 （A-D）單根碳納米管的原位加工過程。（E-F）碳納米管電學(xué)性質(zhì)從金屬性到半導(dǎo)體性的轉(zhuǎn)變。（G）溝道長度僅為2.8納米的碳納米管分子結(jié)晶體管，及（H-I）該晶體管的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性曲線。

近期，中科院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家研究中心先進(jìn)炭材料研究部劉暢研究員等人與日本國立材料科學(xué)研究所、澳大利亞昆士蘭科技大學(xué)、俄羅斯國立科技大學(xué)等單位的學(xué)者合作開展了碳納米管手性改造與分子結(jié)晶體管研究。他們利用原位透射電子顯微鏡對單根碳納米管進(jìn)行原位加工、表征與測量，通過精確控制透射電鏡樣品桿上的壓電納米探針對碳納米管施加焦耳熱和拉伸應(yīng)力，誘導(dǎo)局部塑性變形與手性演變。利用球差校正電鏡圖像和納米束電子衍射圖譜對變形前后碳納米管的手性進(jìn)行分析，在近三十次連續(xù)手性轉(zhuǎn)變過程中發(fā)現(xiàn)碳納米管的手性角具有向高角度轉(zhuǎn)變的明顯趨勢。結(jié)合原位測量以碳納米管為導(dǎo)電溝道的懸空晶體管的電學(xué)輸運(yùn)性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了金屬性碳納米管向半導(dǎo)體性碳納米管的可控轉(zhuǎn)變。利用此方法制備出溝道長度僅為2.8納米的金屬-半導(dǎo)體-金屬構(gòu)型碳納米管分子結(jié)晶體管（圖1），并觀察到其室溫量子相干輸運(yùn)性質(zhì)和法布里-珀羅（Fabry-Pérot）干涉效應(yīng)。本研究為碳納米管的手性及導(dǎo)電屬性調(diào)控提供了新途徑，顯示了碳納米管分子節(jié)晶體管的優(yōu)異性能。相關(guān)結(jié)果于12月24日在《科學(xué)》（Science）周刊在線發(fā)表。 

論文第一作者單位為日本國立材料科學(xué)研究所，我所劉暢研究員為共同通訊作者。該研究工作獲得了科技部、國家自然科學(xué)基金委及沈陽材料科學(xué)國家研究中心等項(xiàng)目的支持。 

全文鏈接：https://science.org/doi/10.1126/science.abi8884