Harppaus hiilinanoputkia pidemmälle

Tokyo Metropolitan Universityn tutkijat ovat kehittäneet joukon uusia yksiseinäisiä siirtymämetallidikalkogenidisia (TMD) -nanoputkia, joilla on eri koostumukset, kiraalisuus ja halkaisijat.

Hiilinanoputkien keskeiset ominaisuudet tulevat niiden rakenteen hienovaraisista näkökohdista. Niissä on usein esimerkiksi kiraalisuutta, joka tekee niistä erilaisia kuin peilikuvansa.

Tästä syystä tutkijat katsovat nyt eteenpäin materiaaleihin, jotka eivät ole hiiltä, mikä voisi mahdollistaa laajemman valikoiman rakenteita. Yksi valokeila on siirtymämetallidikalkogenidien -yhdisteissä, jotka on valmistettu siirtymämetalleista ja ryhmän 16 alkuaineista.

TMD-materiaaleissa on ominaisuuksia, joita ei näy hiilinanoputkissa, kuten suprajohtavuus ja aurinkosähköominaisuudet, joissa valolle altistuminen synnyttää jännitteen tai virran.

TMD:n täyden potentiaalin hyödyntämiseksi tutkijoiden on kuitenkin kyettävä valmistamaan yksiseinäisiä nanoputkia erilaisilla koostumuksilla, halkaisijoilla ja kiraalisilla tavoilla, jotka mahdollistavat niiden yksilöllisten ominaisuuksien tutkimisen.

Tämä on osoittautunut haastavaksi mutta apulaisprofessori Yusuke Nakanishin johtama tiimi on ylittänyt haasteen. Käyttämällä boori-nitridi-nanoputkia mallina he saattoivat kasvattaa valikoiman yksiseinäisiä TMD-nanoputkia lisäämällä tarvittavat alkuaineet höyryaltistuksella.

Tarkasteltaessa yksittäisiä nanoputkia tarkemmin, he ovat nyt erottaneet koko joukon yksiseinäisiä putkia, joilla on eri halkaisijat ja kiraalisuus. Erityisesti he mittasivat yksittäisten putkien "kiraaliset kulmat", jotka yhdessä niiden halkaisijoiden kanssa määrittävät ainutlaatuiset kiraaliset rakenteet.

He havaitsivat ensimmäistä kertaa, että heidän nanoputkiensa kiraaliset kulmat jakautuivat satunnaisesti: tämä tarkoittaa, että heillä on pääsy kaikkiin mahdollisiin kulmiin, mikä lupaa uusia näkemyksiä kiraalisuuden ja elektronisten tilojen välisestä suhteesta, mikä on keskeinen ratkaisematon kysymys alalla. Myös erittäin ohuita putkia, joiden halkaisija oli vain muutaman nanometrin, oli kasvatettu mallin sisällä, ei sen ulkopuolella, mikä on ainutlaatuinen alusta kvanttimekaanisten vaikutusten tarkkailuun.

Säätämällä reseptiään tiimi on nyt myös onnistunut vaihtamaan sekä metallia että kalkogeenia ja valmistamaan molybdeeni-, volframiselenidi- ja molybdeenivolframisulfidien seoksesta valmistettuja nanoputkia. He tekivät jopa nanoputkia, joissa oli yksi alkuaine ulkopuolelta ja toinen sisäpuolelta.

Tiimin monipuoliset uudet tulokkaat nanoputkiperheeseen lupaavat rohkeita uusia harppauksia paitsi TMD-nanoputkien ymmärtämisessä, myös siinä, kuinka eksoottisia ominaisuuksia syntyy niiden rakenteista.

Aiheesta aiemmin:

Onko boorinitridi nanoputkien uusi hiili?

Kaksiseinäisillä nanoputkilla on elektro-optisia etuja