Omfattende kig på det grundlæggende i de mest ønskværdige nanorør

(Phys.org) – De første frugter af et samarbejdsprojekt mellem videnskabsmænd ved Rice University og National Institute of Standards and Technology (NIST) er dukket op i et papir, der samler et væld af oplysninger til dem, der ønsker at bruge de unikke egenskaber af metalliske kulstofnanorør.

Den kronik, der for nylig blev offentliggjort i tidsskriftet Royal Society of Chemistry Nanoskala samler forskning om adskillelse og grundlæggende egenskaber ved lænestols kulstofnanorør, som har været af særlig interesse for forskere, der forsøger at tune deres elektroniske og optiske egenskaber.

Dette papir, sagde risfysiker Junichiro Kono, giver videnskabsfolk en værdifuld ressource til detaljerede oplysninger om metalliske kulstof nanorør, især lænestol nanorør. "I bund og grund, vi opsummerede alle vores seneste resultater såvel som alle oplysninger, vi kunne finde i litteraturen om metalliske nanorør, sammen med detaljerede beretninger om forberedelsesmetoder til metalberigede nanorørprøver, for at vise samfundet, hvor meget vi nu forstår om disse endimensionelle metaller, " han sagde.

Som en del af det langvarige arbejde, holdet udarbejdede og offentliggjorde tabeller over væsentlige statistikker, herunder optiske egenskaber, til en række metalliske nanorør. "Vi leverer grundlæggende teoretiske baggrunde og viser derefter meget detaljerede eksperimentelle resultater om unikke egenskaber ved metalliske nanorør, " sagde Kono. "Dette papir opsummerer, hvilke slags aspekter der forstås, og hvad er ikke, om grundlæggende optiske processer i nanorør og vil gøre det lettere for forskere at identificere deres spektroskopiske træk og overgangsenergier."

Nanorør kommer i mange smagsvarianter, afhængigt af deres chiralitet. Kiralitet er en egenskab, der ligner de vinkler, hvor et fladt ark papir kan justeres, når det pakkes ind i et rør. Skær røret i to, og atomerne ved den åbne kant ville stille sig på linje i form af en lænestol, en zigzag eller en anden variant. Selvom deres råmateriale er identisk - kyllingetrådslignende sekskanter af kulstof - gør chiraliteten hele forskellen i, hvordan nanorør transmitterer elektricitet.

Lænestole er de mest eftertragtede, fordi de ikke har noget båndgab; elektroner strømmer igennem uden modstand. Kabler lavet med lænestols nanorør har potentialet til at flytte elektricitet over store afstande næsten uden tab. Det gør dem til guldstandarden som det grundlæggende element i lænestolens kvantetråd. Den løbende udvikling af denne meget stærke, letvægts, højkapacitetskabel kunne yderligere forbedre rekordegenskaberne for multifunktionelle kulstofnanorørfibre, der udvikles af gruppen af ​​risprofessor Matteo Pasquali.

Det nye værk ledet af Kono og Robert Hauge, en fremtrædende fakultetsstipendiat i kemi på Rice, sammen med videnskabsmænd ved NIST og Los Alamos National Laboratory, ser ud over lænestolens etablerede elektriske egenskaber for yderligere at detaljere deres potentiale for elektronisk, sansning, optiske og fotoniske enheder.

"Selvfølgelig, at komme dertil, vi har brug for rigtig gode prøver, " sagde Kono. "Mange applikationer vil stole på vores evne til at adskille kulstof nanorør og derefter samle makroskopisk ordnede strukturer bestående af enkelt-chiralitet nanorør. Ingen kan gøre det på nuværende tidspunkt."

Når et parti nanorør kommer ud af en ovn, det er et virvar af typer. Det gør en detaljeret analyse af deres egenskaber - endsige deres praktiske brug - til en udfordring.

Men teknikker udviklet i de seneste år hos Rice og af NIST-videnskabsmanden Ming Zheng til at rense metalliske nanorør begynder at ændre det. Ris-kandidatstuderende Erik Hároz sagde, at nylige eksperimenter etablerede "utvetydige beviser" for, at en proces, han og Kono bruger, kaldet tæthedsgradient-ultracentrifugering, kan berige ensembleprøver af lænestole. Tager tingene videre, Zhengs metode til DNA-baseret ionbytterkromatografi giver meget små prøver af ultrarene lænestolsnanorør af en enkelt chiralitet.

Rice og NIST ser nu på måder at kombinere metoderne for at få større partier af en specifik lænestol chiralitet, sagde Kono.

Hvis nogen kan opnå et sådant gennembrud, disse laboratorier kan, han sagde. "Vores team har de bedst mulige lænestolsprøver til rådighed på grund af disse to metoder, og vi har for nylig gjort betydelige fremskridt med at øge vores forståelse af egenskaberne ved lænestols nanorør, som beskrevet i denne Nanoskala artikel."