"Khả năng chế tạo bóng bán dẫn từ ống nano cácbon ưu việt hơn bóng bán dẫn silic, là dấu mốc quan trọng", Michael Arnold tại trường Đại học Wisconsin-Madison nói. "Thành tựu này là giấc mơ của ngành công nghệ nano trong 20 năm qua".

Ống nano cácbon lần đầu tiên được chế tạo vào năm 1991, về cơ bản là các ống cácbon nhỏ dày 1 nguyên tử. Khi quan sát dây nano cácbon ở cấp độ nguyên tử, có thể thấy một ống hình trụ nhỏ hơn gần 50.000 lần chiều rộng sợi tóc và được hình thành từ các nguyên tử các bon sắp xếp trong một mạng lưới hình lục giác.

Do kích thước siêu nhỏ, nên hàng triệu ống nano cácbon có thể được xếp chồng lên nhau trên các miếng bán dẫn, đóng vai trò như bóng bán dẫn silic. Các ống nano cácbon cũng có một số tính chất độc đáo như chắc hơn 100 lần thép, nhưng chỉ nặng bằng 1/6. Ngoài ra, các ống nano cácbon co giãn và dễ uốn như một sợi vải và có thể duy trì độ dày của thành ống ở mức 1 nguyên tử dù chúng phát triển dài đến hàng trăm micron. Và tính chất nổi trội nhất, đó là ống nano cácbon là một trong những vật liệu dẫn điện tốt nhất cho đến nay.

Do liên kết siêu mạnh giữa các nguyên tử cácbon trong mô hình lục giác, các ống nano cácbon có thể gây ra hiện tượng dịch chuyển điện tử, cho phép điện tích tự do di chuyển qua nó. Sự sắp xếp của các nguyên tử cácbon cũng cho phép nhiệt di chuyển đều qua ống, làm tăng khoảng 15 lần độ dẫn nhiệt của ống và tăng 1.000 lần công suất hiện có của đồng, trong khi vẫn duy trì tỷ trọng chỉ bằng một nửa của nhôm.

Hiện nay, tất cả máy tính đều hoạt động trên những bộ vi xử lý silic và chíp bộ nhớ, nhưng nhóm nghiên cứu đang đề cập đến hạn chế về tốc độ của chúng. Về mặt lý thuyết, nếu các nhà khoa học có thể tìm ra cách để thay thế các linh kiện silic bằng linh kiện sản xuất từ ống nano cácbon, chúng tôi có thể tăng ngay lập tức 5 lần tốc độ.

Nhưng, vấn đề lớn với các ống nano cácbon sản xuất hàng loại, đó là rất khó tách chúng khỏi các tạp chất kim loại nhỏ bám vào trong quá trình sản xuất. Các tạp chất này có thể gây ảnh hưởng đến tính chất bán dẫn của ống. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu đã tìm ra cách loại bỏ gần như toàn bộ tạp chất.

Kỹ thuật mới kiểm soát tính chất tự lắp ghép của các ống nano cácbon trong dung dịch polime, không chỉ cho phép các nhà nghiên cứu làm sạch tạp chất, mà còn điều chỉnh khoảng cách phù hợp giữa các ống nano trên miếng bán dẫn.

"Kết quả cuối cùng là các ống nano chỉ còn gần 0,01% tạp chất kim loại, được tích hợp trên bóng bán dẫn để sinh ra dòng điện mạnh hơn 1,9 lần bóng bán dẫn silic hiện đại nhất hiện nay”, Daniel Oberhaus, đồng tác giả nghiên cứu nói.

Các mô phỏng cho thấy, ở dạng tinh khiết nhất, bóng bán dẫn ống nano cácbon bền gấp 5 lần hoặc sử dụng ít điện năng hơn bóng bán dẫn silic, vì kích thước siêu nhỏ cho phép chúng chuyển đổi rất nhanh tín hiệu điện khi nó di chuyển qua. Nghĩa là pin điện thoại có tuổi thọ dài hơn hoặc truyền thông không dây hay tốc độ xử lý nhanh hơn nhiều, nhưng trên thực tế, các nhà khoc học phải chế tạo được máy tính chứa các bóng bán dẫn ống nano cácbon trước khi nhóm nghiên cứu có thể khẳng định điều đó.