科技日报记者 张佳欣
据最新一期《科学》杂志报道，日本东京大学领导的研究团队利用氮化硼（BN）纳米管作为“模板”，成功制备出直径仅1纳米、约为人类发丝十万分之一的单壁二硫化钼（MoS2）半导体纳米管。这是迄今全球最小的半导体纳米管，不仅验证了几十年前关于超细材料电子特性的理论预测，也为下一代微型电子器件研发提供了新思路。
碳纳米管曾因优异的力学和电学性能受到广泛关注，但其原子结构的细微差异会显著影响导电特性，给晶体管应用带来挑战。相比之下，MoS2是一种天然半导体材料，在半导体电子器件、高灵敏度传感以及量子尺度物理研究等领域具有广阔前景。然而，随着纳米管直径不断缩小，其结构稳定性和制备难度急剧增加，因此获得超细且结构可控的MoS2纳米管一直是材料科学领域的重要挑战。
为突破这一限制，研究团队通过在BN纳米管内部的狭窄空间进行化学反应，合成了直径仅1纳米、具有明确原子结构的单壁MoS2纳米管。他们表示，这种受限空间使原本难以形成的超细MoS2纳米管得以生长，并促进了原子有序排列，从而获得结构明确且高度均一的材料。
研究发现，随着纳米管直径的减小，其带隙会随之降低，这一结果证实了25年前提出的理论预测。
传统纳米管制备方法通常只能获得直径大于10纳米的多壁纳米管，且原子结构往往难以精确控制。而在纳米尺度下，即使极其微小的结构差异也可能显著影响材料性能。因此，实现原子级结构控制，对于未来器件应用至关重要。
现有半导体技术在器件微缩过程中难以保持结构完美，缺陷影响显著，而碳纳米管也存在类似问题。MoS2纳米管在尺寸控制和原子结构一致性方面具有潜在优势，有望为构建超小半导体沟道提供新方案。
不过，这一成果距离实际应用仍有一定距离。目前制备出的纳米管长度仅为数百纳米。下一步，研究团队计划将其长度提高至约1微米（即1000纳米），并尝试利用这一方法制备其他无机纳米管材料，包括磁性材料和超导材料。
总编辑圈点
这是一项纳米科技领域的“极限挑战”——科研人员制备出的单壁二硫化钼半导体纳米管，直径竟然仅为人类头发丝的十万分之一。为什么研发如此之细的“空心吸管”？因为在极限尺度下，半导体纳米管会展现出全新、独特的电子特性，能够更好地兼顾下一代电子元器件对信息传输速度与低功耗的双重严苛需求。不过，当前制备出的单壁二硫化钼半导体纳米管在长度上还不太理想。这项技术要想真正走出实验室，实现生产线量产，仍需科学家继续探索与攻关。
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