Særligt mikroskop fanger defekter i nanorør

Kemikere fra University of Oregon har udtænkt en måde at se de interne strukturer af elektroniske bølger fanget i carbon nanorør af eksterne elektrostatiske ladninger.

Carbon nanorør er blevet fremhævet som usædvanlige materialer med unikke egenskaber, der muliggør ekstremt effektiv ladning og energitransport, med potentiale til at åbne vejen for nyt, mere effektive typer elektroniske og solcelleanordninger. Imidlertid, disse fælder, eller defekter, i ultratynde nanorør kan kompromittere deres effektivitet.

Ved hjælp af et specialbygget mikroskop, der er i stand til at afbilde stof i atomskala, forskerne var i stand til at visualisere fælder, som kan påvirke strømmen af ​​elektroner og elementære energipakker negativt kaldet excitoner.

Studiet, sagde George V. Nazin, professor i fysisk kemi, modelleret den adfærd, der ofte observeres i carbon nanorørbaserede elektroniske enheder, hvor elektroniske fælder induceres af stokastiske ydre ladninger i umiddelbar nærhed af nanorørene. De eksterne ladninger tiltrækker og fanger elektroner, der formerer sig gennem nanorør.

"Vores visualisering burde være nyttig til udvikling af et mere præcist billede af elektronudbredelse gennem nanorør i virkelige applikationer, hvor nanorør altid udsættes for eksterne forstyrrelser, der potentielt kan føre til oprettelse af disse fælder, " han sagde.

Forskningen, detaljeret i et papir i Journal of Physical Chemistry Letters , blev udført med et ultrahøjt vakuumscannende tunnelmikroskop koblet til en kryostat med lukket cyklus-en ny enhed bygget til brug i Nazins laboratorium. Kryostaten tillod Nazin og hans medforfattere Dmitry A.Kislitsyn og Jason D. Hackley, begge ph.d. -studerende, at sænke temperaturen til 20 Kelvin for at fastfryse al nanoskala bevægelse, og visualisere de interne strukturer af nanoskalaobjekter.

Enheden fangede den interne struktur af elektroniske bølger fanget i korte sektioner, bare flere nanometer lange, af nanorør delvist suspenderet over en atomisk flad guldoverflade. Bølgernes egenskaber, i høj grad, Nazin sagde, bestemme elektronoverførsel gennem sådanne elektroniske fælder. De formerende elektroner skal være i resonans med de lokaliserede bølger for at effektiv elektronisk transmission skal forekomme.

"Overraskende, ved at finjustere energierne hos formerende elektroner, vi fandt ud af, ud over disse resonansoverførselskanaler, andre resonanser er også mulige, med energier, der matcher specifikke vibrationer i carbon nanorør, "sagde han." Disse nye transmissionskanaler svarer til 'vibronic' resonanser, hvor fangede elektroniske bølger ophidser vibrationer af carbonatomer, der danner den elektroniske fælde. "

Mikroskopet, som holdet brugte, er detaljeret separat i et frit tilgængeligt papir (kryogenisk scanningstunnelmikroskop med høj stabilitet baseret på en kryostat med lukket cyklus), der er placeret online 7. oktober af tidsskriftet Gennemgang af videnskabelige instrumenter .