突破碳基边界，1nm二硫化钼纳米管问世

日本科研团队研制出全球尺寸极小的半导体纳米管，该结构粗细仅为人类发丝的十万分之一。东京大学等机构研究人员在氮化硼保护套管内部生长二硫化钼，制备出直径仅1纳米、均匀度极高的纳米管；在1纳米尺度下，稳定制备纳米管结构本身难度极大，相关成果刊发于《科学》期刊，论文题为《受限空间生长扶手型1纳米极限二硫化钼纳米管》。该研究印证了留存数十年的超细材料物性理论预判，也为微型化电子器件研发开辟全新技术路径。

此前制备非碳基纳米管的各类技术方案，要么需要多层管壁结构，要么依赖内部支撑管体，上述缺陷会严重限制其作为半导体材料的应用潜力。本次研发的1纳米纳米管依托外部套管支撑，完美满足半导体应用的各项性能指标。

数年前，碳纳米管曾广受行业与媒体关注，如今二硫化钼纳米管成为新晋备选材料，相较碳基材料具备多项独特优势，有望促使工程师围绕该材料开发新品。二硫化钼（MoS₂）纳米管现阶段仍处于实验室研发阶段，可应用于半导体元器件、高精度传感器以及量子物理前沿研究领域。

东京大学先进材料科学系副教授Yusuke Nakanishi表示：“我们实现了纳米级管径、原子级精准可控的半导体纳米管制备。半导体二硫化钼纳米管被绝缘氮化硼（BN）纳米管包裹的同轴结构，非常适配环绕栅极晶体管，这是目前最先进的晶体管架构之一。本研究提出了无机半导体纳米管的原子级结构调控方案，同时通过实验证实：纳米管禁带宽度（决定材料半导体特性的关键参数）会随管径缩小而降低，该结论与二十五年前提出的理论预测完全吻合。”

传统纳米管制备工艺通常只能产出管径10纳米以上、多层同轴结构的产品，原子排布杂乱、结构可控性差。Yusuke Nakanishi及其团队成功合成管径1纳米、单壁构型且原子排布规整的二硫化钼纳米管。研究团队利用氮化硼纳米管狭小内腔空间发生化学反应完成制备；受限空间约束二硫化钼成型，促成规整的原子排列，而规整结构是材料落地工程化应用的关键。

Yusuke Nakanishi补充道：“纳米管细微的结构差异就会大幅改变材料物性。实现精密结构管控后，材料性能稳定性提升，是保障晶体管参数稳定、量产一致性的核心。该材料最大亮点在于可实现原子层级结构精准调控。现有硅基晶体管大多由块状硅刻蚀加工而成，制程微型化后很难维持晶体完整，微小缺陷就会劣化器件性能。碳纳米管在晶体管产业化中同样存在痛点，细微结构变化就会改变导电属性，使其偏向金属或半导体特性。我们研发的纳米管有望成为制备超小尺寸半导体沟道的可靠方案，保障器件性能统一。不过距离落地实用仍需数年，制作可用晶体管产品还需攻克多项技术难题。”

下一阶段攻关重点：团队计划将纳米管现有数百纳米的长度上限提升至1微米（1微米=1000纳米，即千分之一毫米）。另一研发方向为材料拓展：该受限生长工艺可推广至磁性、超导等其他无机纳米管的制备。

研究人员表示，此项研究能够推动纳米管学科跳出碳基材料的研究边界，为原子级精准纳米新材料、传感元件以及更小更快的电子器件研发拓宽道路。