Aruande kohaselt, mis on avaldatud viimases Science'i numbris, on Tokyo Ülikooli juhitud teadusmeeskond edukalt valmistanud ühekihilise molübdeendisulfiidi (MoS₂) pooljuhtnanotoru, mille läbimõõt on vaid 1 nanomeeter, umbes sada tuhandik inimhõlma laiusest, kasutades booritriidi (BN) nanotorusid šabloonina. Struktuuri peetakse tänaseni maailma väikseimaks pooljuhtnanotoruks. See saavutus mitte ainult ei kinnita teoreetilisi prognoose, mis tehti aastakümneid tagasi ülikergete materjalide elektroniliste omaduste kohta, vaid pakub ka uut lähenemist järgmise põlvkonna miniatuursed elektroonilised seadmed.
Süsiniknanotorud tõmbasid kunagi laialdast tähelepanu oma suurepäraste mehaaniliste ja elektriliste omaduste tõttu. Kuid isegi väikesed erinevused nende aatomistruktuuris võivad oluliselt mõjutada nende juhtivust, luues transistori rakendustes väljakutseid. Vastupidiselt sellele on MoS₂ loomulikult pooljuhtiv materjal, millel on suur potentsiaal pooljuhtelektroonikaseadmetes, kõrge tundlikkusega sensorites ja kvantmõõtkonna füüsika uurimises. Kuid kui nanotorude läbimõõt väheneb, suureneb struktuuri stabiilsus ja valmistamise raskus järsult. Seetõttu on ultrakergete MoS₂ nanotorude tootmine, millel on kontrollitud struktuurid, jäänud materjaliteaduses suureks väljakutseks.
Selle piirangu ületamiseks viis teadusmeeskond läbi keemilisi reaktsioone booritrahvi (BN) nanotorude kitsas sisemises ruumis, sünteesides ühekihilisi MoS₂ nanotorusid, mille läbimõõt on vaid 1 nanomeeter ja selgelt määratletud aatomistruktuur. Teadlased ütlesid, et see piiratud ruum võimaldas ultrakergete MoS₂ nanotorude kasvu, mis muidu oleks raskesti moodustatav, samas edendades ka korrastatud aatomilise paigutuse teket ja valmistades väga ühtlasi materjale hästi määratletud struktuuriga.
Uuring näitas, et ribavahe väheneb, kui nanotoru läbimõõt muutub väiksemaks, kinnitades 25 aastat tagasi esitatud teoreetilist prognoosi.
Tüüpilised nanotoru valmistamise meetodid toodavad tavaliselt mitmekihilisi nanotorusid, mille läbimõõt on suurem kui 10 nanomeetrit, ning nende aatomistruktuuride täpne kontrollimine on sageli keeruline. Nanoskaalas võivad isegi äärmiselt väikesed struktuurilised erinevused oluliselt mõjutada materjali jõudlust. Seetõttu on aatomitasandi struktuuri kontrollimise saavutamine tulevaste seadmete rakenduste jaoks väga oluline.
Praegused pooljuhttehnoloogiad seisavad silmitsi suurenevate raskustega struktuuri täiuslikkuse säilitamisel, kuna seadmed jätkuvalt vähenesid, kusjuures defektidel on väiksematel mõõtkavadel suurem mõju. Süsiniknanotorud seisavad silmitsi sarnaste väljakutsetega. MoS₂ nanotorud võivad pakkuda eeliseid mõõtmete kontrolli ja aatomistruktuuri järjepidevuse osas, pakkudes potentsiaalset uut teed ultraminiatuurse pooljuhtkanalite ehitamiseks.
Saavutus on endiselt mõned sammud praktilisest rakendamisest eemale. Praegu toodetud nanotorud on vaid mõned sadades nanomeetrites pikad. Teadusmeeskond plaanib nende pikkust pikendada umbes 1 mikromeetrini ehk 1000 nanomeetrini ja uurida, kas sama meetodit saab kasutada teiste anorgaaniliste nanotoru materjalide valmistamiseks, sealhulgas magnetiliste ja ülijuhtivate materjalide.