Metallisia nanoputkia

Tutkijat ovat ensimmäistä kertaa valmistaneet niobiumsulfidista valmistettuja metallisia nanoputkia, joilla on vakaat ja ennustettavat ominaisuudet, mikä on pitkään tavoiteltu tavoite materiaalitieteissä.

Nanoputkien ominaisuudet tekevät niistä lupaavia rakenneosia tulevaisuuden teknologioille, toteaa tutkimuksen tekijä professori Slava V. Rotkin Penn Staten materiaalitutkimuslaitokselta.

Tähän asti tieteilijät ovat voineet valmistaa luotettavasti nanoputkia hiilestä – joka voi toimia joko puolijohteina tai puolimetalleina – ja eristävästä boorinitridistä, mutta eivät oikeista metalleista, jotka käyttäytyvät hyvin eri tavalla atomitasolla.

”Meillä on nyt metallikuoria, jotka voivat periaatteessa osoittaa ilmiöitä, kuten suprajohtavuutta ja magnetismia, jotka ovat mahdottomia eristävissä tai puolijohtavissa versioissa”, Rotkin sanoi.

Tiimi työskenteli niobiumdisulfidin kanssa, metallin, joka tunnetaan laajalti epätavallisista ominaisuuksistaan, kuten suprajohtavuudestaan. He onnistuivat houkuttelemaan tämän metallin putkiksi käärimällä ne hiili- ja boorinitridisen nanoputken ympärille.

Rotkinin mukaan läpimurto oli saada materiaali rullalle. Normaalisti tällaiset materiaalit levitetään mieluiten litteiksi levyiksi. Tutkijat havaitsivat, että pienen suolamäärän lisääminen juuri oikeaan aikaan kasvuprosessissa aikaansai eron.

”Havaitsimme, että suurin osa pieniläpimittaisista nanoputkista oli kaksikuorisia, eivät yksikuorisia”, Rotkin sanoi. ”Tämä tarkoittaa, että kahden kuoren tekeminen on jotenkin edullisempaa kuin yhden, mikä ei ole normaalisti odotettavissa.”

Tutkijat uskoivat, että kaksoiskuoren kasvu johtui sähkön liikkumisesta kuorien välillä. Kahdessa kerroksessa elektronit voivat hypätä kerroksesta toiseen, toimien vähän kuin atomikokoinen kondensaattori, joka vakauttaa koko rakennetta.

Näiden nanoputkien rullattu muoto ratkaisee myös ongelman, joka on haastanut litteiden, 2D-materiaalien kanssa työskenteleviä insinöörejä. Nanolankojen valmistamiseksi litteistä levyistä tutkijoiden on kaiverrettava ne litografialla mutta se jättää karkeita reunoja, jotka häiritsevät materiaalin ominaisuuksia.

Nyt saavutettu tarkkuus voisi tehdä metallisista nanoputkista arvokkaita sovelluksissa, jotka vaativat luotettavuutta nanomittakaavassa, Rotkin sanoi.

”Tiedämme, että kaksiulotteinen niobiumdisulfidi on suprajohtava”, Rotkin sanoi. ”Jos voimme hyödyntää tätä yksiulotteisissa nanoputkissa, se avaa mahdollisuuksia kvanttilaskennalle ja suprajohtavien lankojen luomiselle, jotka voisivat tehdä elektroniikasta nopeampaa ja tehokkaampaa.”

Tutkimus on toistaiseksi vielä perusvaiheessa, mutta se tarjoaa Rotkinin mukaan tärkeän todisteen konseptista.

Aiheesta aiemmin:

Nanoputket voivat puristaa esiin uusia materiaaleja

Harppaus hiilinanoputkia pidemmälle

Onko boorinitridi nanoputkien uusi hiili?