Jeszcze większa miniaturyzacja
W przypadku badań naukowych, zwłaszcza prowadzonych na skalę kwantową, występuje znacznie więcej rzeczy, niż te, które można dostrzec. Dzięki zastosowaniu nanomateriałów budować można miniaturowe urządzenia, takie jak czujniki, które stosowane są w nauce i technice. W finansowanym przez UE projekcie pod nazwą „Urządzenia kwantowe na rurkach węglowych” (QDCN) opracowano ultraczuły detektor, który sprawdza właściwości elektryczne poszczególnych cząsteczek. Urządzenie to wykonane jest z miniaturowych elementów, zwanych nanorurkami węglowymi (CNT), o wymiarach 1/50000 wielkości włosa ludzkiego. Aby pracować, urządzenia te wymagają półprzewodników, tj. materiałów o specyficznej przewodności elektrycznej. Stosowany ostatnio, doskonalszy typ półprzewodnika na skalę miniaturową, nazwany został kropką kwantową; wzmacnia on przewodność i może być zastosowany do wytwarzania znacznie lepszych urządzeń niż dostępne obecnie. W celu dokonania pomiaru właściwości elektrycznych indywidualnej cząsteczki, kropki kwantowe mocowane są do jednej elektrody reprezentowanej przez pojedynczą rurkę CNT. Dzięki wykorzystaniu CNT w charakterze elektrody, następuje zlokalizowane oddzielenie od elektrody, co umożliwia lepszy dostęp do badania struktury elektronicznej kropek półprzewodnikowych. Oznacza to opracowane w projekcie, nowe, lepsze podejście do tworzenia czujników i detektorów. Układ nowatorskiego nano-urządzenia upraszcza znacznie proces wytwarzania w porównaniu ze standardowymi urządzeniami, które wykorzystywały dwie elektrody, oddzielone od siebie na odległość kilku nanometrów. Jest to sprawa istotna, gdyż wytwarzanie takich urządzeń związane jest z wyzwaniami i czasochłonnością, a także obejmuje liczne procesy oraz konieczność stosowania wyszukanego sprzętu. Następnym krokiem w pracach projektu była charakteryzacja tych wytwarzanych nano-urządzeń i pomiary ich dokładności. Uzyskane to zostało przy zastosowaniu nowej techniki zwanej „spektroskopią zliczania elekronów”, wykorzystującej prowadzenie pomiaru w niskich temperaturach. Technika taka pozwala naukowcom na sprawdzanie właściwości elektrycznych półprzewodnikowych kropek kwantowych. Co ważniejsze, pozwala ona również na wypełnianie elektronami lub opróżnianie półprzewodnikowej kropki kwantowej, co było uprzednio zadaniem bardzo uciążliwym. Poza stworzeniem urządzenia do detekcji, w ramach projektu opracowano do końca różne techniki wytwarzania nano-urządzeń, wymagających stosowania wielu procesów i różnego sprzętu, pracującego na skalę kwantową. Czynności te obejmowały zastosowanie urządzeń z nanorurkami, urządzeń grafenowych, urządzeń z nanorurkami wyposażonymi w cztery złote zaciski oraz urządzeń z nanosilniczkami katalitycznymi. Ponadto, postępy prac pozwoliły na manipulację energią Fermiego (tj. energią w temperaturze absolutnego zera) w znacznym zakresie. Zapewnia to obietnicę stosowania elektroniki w skali nano lub skali cząsteczkowej, ponieważ manipulacja wysoką energią i „separacja”, stosowana w takich aplikacjach, jest ograniczona. Ogólnie biorąc, QDCN wykazał, że detekcja pojedynczego elektronu w tranzystorze CNT reprezentuje nową strategię badania separacji energii pomiędzy elektronicznymi dyskretnymi poziomami półprzewodnikowej kropki kwantowej. Udowodniono zwłaszcza, że elektroniczne poziomy kropki kwantowej mogą wykazywać chaotyczne zachowanie, a więc zjawisko, które przebadane zostało teoretycznie dopiero w ostatnich dziesięcioleciach.
