Исследователи представили инновационный способ синтеза нанопроводов — сверхтонких кристаллических нитей толщиной в несколько нанометров. В их состав входят соединения никеля, тантала и селена, демонстрирующие беспрецедентную устойчивость к влаге, ультрафиолету и другим внешним факторам. Эта технология создает предпосылки для разработки микроскопических электронных компонентов, включая молекулярных роботов, способных выполнять точную диагностику. Однако специалисты указывают на потенциальные сложности с масштабированием данного метода.
Технология производства нанопроводовСовместная работа ученых из НИТУ МИСИС, Тулейнского университета (США) и Сучжоуского университета науки и техники (Китай) привела к созданию революционного метода получения ультратонких кристаллических нитей.
Эти наноструктуры позволяют конструировать миниатюрные электронные системы. В перспективе они могут стать основой для молекулярных чипов и нанороботов. При внедрении в различные материалы они придают им "интеллектуальные" характеристики, например, способность менять прозрачность под солнечным излучением. В медицинской сфере такие разработки открывают возможности для сложных диагностических процедур и ускоренного заживления ран.
Как пояснили исследователи, толщина полученных структур составляет 100-400 нм при длине до нескольких миллиметров.
— Кремний десятилетиями оставался ключевым материалом электроники, но сегодня его потенциал практически исчерпан. Дальнейшая миниатюризация кремниевых устройств приводит к значительному ухудшению их параметров. Поэтому мы ищем новые материалы, сохраняющие электронные свойства на наноуровне, — пояснил Павел Сорокин, заведующий лабораторией цифрового материаловедения НИТУ МИСИС.
Ученый отметил, что полученные структуры относятся к классу одномерных кристаллов, представляя собой цепочки повторяющихся атомных конфигураций. Такое строение обеспечивает высокую плотность тока и устойчивость к внешним воздействиям.
Однако промышленное применение таких материалов ограничено сложностями производства. Ручное отделение от крупных кристаллов неэффективно и не позволяет получать однородные структуры необходимой длины. В результате выдающиеся лабораторные характеристики не удавалось перенести в массовое производство.
— В нашей методике исходные порошки равномерно распределяются по внутренней поверхности ампулы с помощью электростатического заряда. При нагреве на стенках образуются кристаллические нити, — объяснил Константин Ларионов, научный сотрудник НИТУ МИСИС.
Месячные испытания показали, что полученные кристаллы сохраняют структуру в обычных условиях, не подвергаясь окислению под действием влаги и ультрафиолета. Более того, их можно механически разделять на нити толщиной до 7 нм.
Квантово-химические расчеты подтвердили возможность создания стабильных наноструктур с полупроводниковыми свойствами. При контакте с никелем образуются надежные контакты Шоттки — важные элементы для фотодетекторов и солнечных батарей.
По мнению разработчиков, этот метод может стать основой для создания электронных схем на едином нанопроводе, открывая новые горизонты в молекулярной электронике.
Перспективные применения нанопроводовУльтратонкие сенсоры могут использоваться в "умных" покрытиях или аэрозольных системах, где молекулы-детекторы изменяют электрические параметры при контакте с определенными веществами.
— Большинство нанопроводов изготавливают из химически активных материалов, таких как кремний, чьи атомы легко реагируют с окружающей средой. В нашей разработке края структур химически стабильны, что минимизирует нежелательные взаимодействия, — пояснил Дмитрий Квашнин из Института биохимической физики РАН.
Еще одно преимущество — слоистая структура материала, аналогичная графену. Однако это создает технологические сложности: сверхмалые размеры требуют исключительной точности при обработке.
— Устойчивость к окружающей среде — редкое качество для наноматериалов. Эта платформа позволяет создавать не только отдельные компоненты, но и целые схемы на основе одного нанопровода, — отметил Андрей Виноградов, главный редактор IT-World.
Эксперт подчеркнул, что миниатюризация — ключевой тренд современной электроники, позволяющий снижать энергопотребление и повышать быстродействие. Особенно важны такие разработки для медицинских применений, где критичен размер датчиков.
В то же время внедрение технологии сталкивается с проблемами масштабирования. Требуются новые методы обработки ультратонких элементов и изучение их надежности в различных условиях, особенно при механических нагрузках и в агрессивных средах.