Рис. Конфигурация Y-переходов.
Y- и Т-образное соединения нанотрубок.
Отдельные нанотрубки связываются друг с другом с помощью напряженной наноклетки из атомов углерода, находящихся в состоянии сопряжения. Такие каркасные системы встречаются нечасто, поскольку клетка должна состоять из атомов углерода, находящихся в состоянии sp2 и/или sp-гибридизации, а построить из таких атомов объемную структуру сложно. Для создания логических схем и транзисторов получают наноклетки-«наноспайки» из молекул бензола.
Рис. Разветвленные нанотрубки. На левом рисунке жирной линией выделен контакт двух трубок между собой. (Chem. Sci., 2012).
Т-образное соединение нанотрубок согласно расчетам, должно быть устойчиво при комнатной температуре и обладать свойствами гетероперехода «металл - полупроводник - металл».
Рис. Структурная модель Т-образного разветвления нанотрубок.
Различные типы ветвлений нанотрубок представляют интерес как структурные элементы объединений различных нанотрубок в сети и в качестве самостоятельных электронных устройств (резисторов, диодов). Как основу брали тонкую алюминиевую пластину, при нагревании которой в ней формируются канальцы (трещинки) разной глубины и геометрии. Предварительно внедрив в областях канальцев небольшие металлические частицы катализатора, образец помещали в нагретый реактор с газообразным углеводородом. В результате в областях разветвлений канальцев вырастали Y-образные нанотрубки.
Синтез разветвленных углеродных нанотрубок.
Успех в использовании углеродных нанотрубок (УНТ) как элементов будущих наноэлектронных устройств зависит от решения задачи монтажа из них электронных схем. Традиционный способ, основанный на последовательном присоединении нанотрубок друг к другу, весьма трудоемок и имеет низкую надежность соединения. Значительно более привлекательным представляется подход, основанный на выращивании разветвленных нанотрубок, которые могут рассматриваться как готовые блоки для сборки более крупных схем.
Нанотрубки выращивали методом химического осаждения паров в плазме разряда постоянного тока с использованием частиц никеля в качестве катализатора.
Рис. Формирование ветвистой конструкции с никелевым катализатором.
Последовательность операций:
(а) - Сплошную пленку никелевого катализатора толщиной 5–10нм напыляли на кремниевую подложку.
(b) - В результате нагрева до 700оС в атмосфере водорода пленка металла преобразуется в частицы размером 30–60нм, равномерно покрывающие поверхность подложки с поверхностной плотностью примерно 2х109см-2.
(с) - Эти частицы служат катализаторами роста нанотрубок в разряде в смеси NH3 и ацетилена (С2Н2) в отношении 5:1 при общем давлении 3Тор. Нанотрубки диаметром в несколько десятков нм растут параллельно друг другу под некоторым, довольно значительным углом к поверхности подложки.
(d) - В результате ионной бомбардировки частицы катализатора распыляются с поверхности подложки, покрывая поверхность нанотрубок.
(е) - Это способствует ветвлению нанотрубок, от поверхности которых отрастают новые зародыши диаметром 5–10нм. В результате изменения направления электрического поля меняется и направление роста нанотрубок. Плотность зародышей на поверхности нанотрубок зависит от параметров процесса.
Элементы квантового компьютера. Квантово–химические расчеты показывают, что нанотрубки могут с большим успехом использоваться при построении квантовых компьютеров на основе ионов металлов, помещенных в так называемые ловушки Паули. При этом с точки зрения технологии квантовых вычислений ионы металла образуют структуру, называемую квантовыми кристаллами.
Потенциалом затвора, расположенным в месте разветвления, можно направлять пучок электронов в одно либо в другое русло. Важно понять, как формировать и размещать подобные объекты в нужных местах структуры, ведь, как правило, Y-образные нанотрубки возникают случайным образом среди прочих обычных нанотрубок.
Рис. Изображение (а) и схема (б) транзистора на Y-образной нанотрубке. V D, V G – напряжение на стоке и затворе соответственно; I D, I G – ток на стоке и затворе.
Рис. Квантовые нити, полученные реакцией метилфосфорной кислоты, этанола и алюминия. Размер изображения (8 x 8) мкм.
Традиционная ловушка Паули требует для своего создания набора электромагнитных полей, удерживающих ионы на равных расстояниях друг от друга, причем поля должны быть строго синхронизированы между собой с целью недопущения отклонения частиц от занимаемого в пространстве положения. Простейшие подобные системы представляют собой цепочки частиц, расположенных линейно одна за другой. Практическая реализация подобных систем неизбежно наталкивается на множество трудностей, главная из которых — случайные пространственные смещения частиц под воздействием теплового движения. Частицы, помещенные внутрь нанотрубки, не требуют приложения внешних полей для ограничения перемещений в поперечном направлении. Поперечные перемещения «механически» блокируются стенками нанотрубки, и, таким образом, схема построения квантового компьютера резко упрощается. Авторы исследования говорят о принципиальной возможности построения подобных вычислительных систем на основе бор–нитридных нанотрубок с помещенными внутри них ионами Be+, Mg+ или атомами щелочных металлов.
Важным является то, что для материалов различной природы обязательно учитываются квантовые свойства в том или ином виде. В качестве примера можно представить ВАХ:
- нанотрубок с проводящими дорожками и молекулярным каналом с различным напряжением затвора,
- металлического квазиодномерного канала,
а также внешний вид соответствующих элементов.
Для получения транзисторного эффекта нужно создать управляющее поле через диэлектрик с диэлектрической проницаемостью 
и толщиной 
, то есть добавить затвор.
Рис. Вид углеродной трубки после её разрезания (b) и ВАХ образовавшегося молекулярного канала при разных напряжениях затвора: 1) 0В, 2) -20В, 3) 20В, 4) молекулярный проводник в выключенном состоянии.
Рис. Вид квазиодномерного канала с шириной <10нм и его ВАХ.
Величину управляющего напряжения можно оценить по формуле:
,
где 
– заряд электрона, 
– ширина квазиодномернорго канала, 
- поперечная диэлектрическая проницаемость квазиодномерного канала (
- в зависимости от ширины квазиодномерного канала),
– энергия электронов уровня Ферми (фермиевских электронов), которую можно оценить по формуле:
,
где 
– постоянная Планка, 
– концентрация валентных электронов, 
– масса электрона.
Полученные зависимости можно объяснить следующим образом: проводимость обеспечивается автоэлектронной эмиссией между металлическими островками, из которых состоит канал проводимости. Управление автоэлектронным током выполняется тормозящим электрическим полем, подаваемым на третий электрод.