Según un informe en la última edición de Science, un equipo de investigación liderado por la Universidad de Tokio en Japón ha fabricado con éxito un nanotubo semiconductor de disulfuro de molibdeno (MoS₂) de pared simple con un diámetro de solo 1 nanómetro, aproximadamente una centésima parte del ancho de un cabello humano, utilizando nanotubos de nitruro de boro (BN) como plantilla. Estructura se considera el nanotubo semiconductor más pequeño del mundo hasta la fecha. Este logro no solo confirma las predicciones teóricas hechas hace décadas sobre las propiedades electrónicas de los materiales ultradelgados, sino que también ofrece un nuevo enfoque para el desarrollo de dispositivos electrónicos miniaturizados de próxima generación.
Los nanotubos de carbono una vez atrajeron una amplia atención por sus excelentes propiedades mecánicas y eléctricas. Sin embargo, ligeras diferencias en su estructura atómica pueden afectar significativamente su conductividad, creando desafíos para las aplicaciones de transistores. En contraste, el MoS₂ es un material semiconductor natural con un amplio potencial en dispositivos electrónicos semiconductores, sensores de alta sensibilidad e investigación de física a escala cuántica. A medida que los diámetros de los nanotubos se reducen, sin embargo, la estabilidad estructural y la dificultad de fabricación aumentan drásticamente. Por lo tanto, producir nanotubos de MoS₂ ultradelgados con estructuras controladas ha permanecido como un gran desafío en la ciencia de materiales.
Para superar esta limitación, el equipo de investigación llevó a cabo reacciones químicas dentro del estrecho espacio interno de los nanotubos de BN, sintetizando nanotubos de MoS₂ de pared simple con un diámetro de solo 1 nanómetro y una estructura atómica claramente definida. Los investigadores dijeron que este espacio confinado permitió el crecimiento de nanotubos de MoS₂ ultradelgados que de otro modo serían difíciles de formar, al tiempo que promovía un arreglo atómico ordenado y producía materiales altamente uniformes con estructuras bien definidas.
El estudio encontró que la brecha de banda disminuye a medida que el diámetro del nanotubo se hace más pequeño, confirmando una predicción teórica propuesta hace 25 años.
Los métodos de fabricación de nanotubos convencionales típicamente producen nanotubos de múltiples paredes con diámetros mayores de 10 nanómetros, y sus estructuras atómicas son a menudo difíciles de controlar con precisión. A escala nanométrica, incluso diferencias estructurales extremadamente pequeñas pueden afectar significativamente el rendimiento del material. Por lo tanto, lograr un control estructural a nivel atómico es altamente significativo para las futuras aplicaciones de dispositivos.
Las tecnologías de semiconductores existentes enfrentan una creciente dificultad para mantener la perfección estructural a medida que los dispositivos continúan encogiéndose, con los defectos teniendo un mayor efecto a escalas más pequeñas. Los nanotubos de carbono enfrentan desafíos similares. Los nanotubos de MoS₂ pueden ofrecer ventajas en el control dimensional y la consistencia de la estructura atómica, proporcionando una nueva ruta potencial para construir canales semiconductores ultraminiaturizados.
El logro sigue estando a cierta distancia de la aplicación práctica. Los nanotubos producidos actualmente tienen solo varios cientos de nanómetros de longitud. El equipo de investigación planea extender su longitud a aproximadamente 1 micrómetro, o 1,000 nanómetros, y explorar si el mismo método se puede utilizar para fabricar otros materiales nanotubulares inorgánicos, incluidos materiales magnéticos y superconductores.