研究人员设计了新的方法来为未来的电子产品设计碳基半导体

它可能看起来像一卷铁丝，但这个由碳原子组成的小圆柱体&mdash；太小了，肉眼看不见&mdash；得益于杜克大学研究人员开发的技术，有一天可以用于制造从夜视镜、运动探测器到更高效的太阳能电池等电子设备

他们的研究成果发表在《美国国家科学院院刊》上

碳纳米管于20世纪90年代初首次被发现，它是由像稻草一样卷起的单层碳原子制成的

碳并不是一种新颖的材料。地球上所有的生命都是以碳为基础的。这和钻石、木炭和铅笔芯中发现的东西是一样的。碳纳米管的特殊之处在于其卓越的性能。这些微小的圆柱体比钢更坚固，但又薄到50000个圆柱体相当于一根头发的厚度

它们还惊人地擅长导电和导热，这就是为什么在推动更快、更小、更高效的电子产品的过程中，碳纳米管长期以来一直被吹捧为硅的潜在替代品

但生产具有特定性能的纳米管是一项挑战

根据纳米管的卷绕方式，有些纳米管被认为是金属的&mdash；这意味着电子可以以任何能量流过它们。问题是它们无法关闭。这限制了它们在数字电子中的使用，数字电子使用打开或关闭的电信号来存储二进制状态；就像硅半导体晶体管在0和1比特之间切换以执行计算一样

杜克大学化学教授Michael Therien和他的团队表示，他们已经找到了解决这一问题的方法。这种方法采用了一种总是让电流通过的金属纳米管，并将其转化为可以开关的半导体形式。

秘密在于特殊的聚合物&mdash；分子以长链连接在一起的物质&mdash；第一作者Francesco Mastrokinque在杜克大学Therien的实验室获得了化学博士学位，他说，这些物质以有序的螺旋状缠绕在纳米管周围，“就像把丝带缠绕在铅笔上一样”

他们发现，这种影响是可逆的。将纳米管包裹在聚合物中会使其电子性质从导体变为半导体。但如果纳米管被解开，它会回到原来的金属状态

研究人员还表明，通过改变围绕纳米管的聚合物类型，他们可以设计出新型的半导体纳米管。它们可以导电，但只有在施加适量的外部能量时才能导电

这种方法的实际应用可能还很遥远。“我们离制造器件还有很长的路要走，”Therien补充道

Mastroquique和他的合著者表示，这项工作很重要，因为这是一种设计半导体的方法，当被某些常见但人眼看不见的低能量波长的光照射时，半导体可以导电

例如，在未来，杜克大学团队的工作可能会帮助其他人设计纳米管，检测红外辐射释放的热量，以揭示隐藏在阴影中的人或车辆。当红外光&mdash；例如温血动物发出的声音&mdash；撞击其中一种纳米管-聚合物杂化物，就会产生电信号

或者以太阳能电池为例：这项技术可以用来制造纳米管半导体，将更宽范围的波长转换为电能，以利用更多的太阳能量。

由于纳米管表面有螺旋包装，这些结构也可能是新形式计算和数据存储的理想材料，这些计算和数据存储器除了使用电子的电荷外，还使用电子的自旋来处理和携带信息