Dobbeltvæggede nanorør har elektro-optiske fordele

Et nanorør kunne være fantastisk til elektronikapplikationer, men der er nye beviser på, at to kunne være tops.

Rice University-ingeniører vidste allerede, at størrelsen betyder noget, når man bruger enkeltvæggede kulstofnanorør for deres elektriske egenskaber. Men indtil nu, ingen havde undersøgt, hvordan elektroner opfører sig, når de konfronteres med den russiske dukkelignende struktur af flervæggede rør.

Rice lab af materialeteoretikeren Boris Yakobson har nu beregnet virkningen af ​​krumning af halvledende dobbeltvæggede kulstofnanorør på deres flexoelektriske spænding, et mål for elektrisk ubalance mellem nanorørets indre og ydre vægge.

Dette påvirker, hvor egnede indlejrede nanorørpar kan være til nanoelektronikapplikationer, især solcelleanlæg.

Den teoretiske forskning fra Yakobsons Brown School of Engineering-gruppe vises i tidsskriftet American Chemical Society Nano bogstaver .

I en undersøgelse fra 2002, Yakobson og hans Rice-kolleger havde afsløret, hvordan gebyroverførsel, forskellen mellem positive og negative poler, der tillader spænding at eksistere mellem den ene og den anden, skalerer lineært til krumningen af ​​nanorørsvæggen. Rørets bredde dikterer krumning, og laboratoriet fandt ud af, at jo tyndere nanorøret (og dermed større krumning) jo større er den potentielle spænding.

Når kulstofatomer danner flad grafen, ladningstætheden af ​​atomerne på begge sider af planet er identiske, sagde Yakobson. At bue grafenarket til et rør bryder denne symmetri, at ændre balancen.

Det skaber en flexoelektrisk lokal dipol i retning af, og proportional med, krumningen, ifølge forskerne, der bemærkede, at flexoelektriciteten af ​​2-D carbon "er en bemærkelsesværdig, men også ret subtil effekt."

Men mere end én væg komplicerer balancen i høj grad, ændrer fordelingen af ​​elektroner. I dobbeltvæggede nanorør, krumningen af ​​de indre og ydre rør er forskellig, giver hver et særskilt båndgab. Derudover modellerne viste, at den flexoelektriske spænding af ydervæggen forskyder båndgabet af indervæggen, skabe en forskudt båndjustering i det indlejrede system.

"Det nye er, at det indsatte rør, "babyen" (inde i) matryoshka har alle sine kvanteenerginiveauer forskudt på grund af spændingen skabt af ydre nanorør, " sagde Yakobson. Samspillet mellem forskellige krumninger, han sagde, forårsager en skrævende til forskudt båndgab overgang, der finder sted ved en estimeret kritisk diameter på omkring 2,4 nanometer.

"Dette er en kæmpe fordel for solceller, i det væsentlige en forudsætning for at adskille positive og negative ladninger for at skabe en strøm, " sagde Yakobson. "Når lys absorberes, en elektron hopper altid fra toppen af ​​et optaget valensbånd (og efterlader et 'plus' hul bagved) til den laveste tilstand af tomt konduktansbånd.

"Men i en forskudt konfiguration er de tilfældigvis i forskellige rør, eller lag, " sagde han. "Plus" og "minus" bliver adskilt mellem rørene og kan flyde væk ved at generere strøm i et kredsløb."

Holdets beregninger viste også, at ændring af nanorørets overflader med enten positive eller negative atomer kunne skabe "væsentlige spændinger af begge tegn" op til tre volt. "Selvom funktionalisering kraftigt kan forstyrre de elektroniske egenskaber af nanorør, det kan være en meget kraftfuld måde at inducere spænding til visse applikationer, " skrev forskerne.

Holdet foreslog, at dets resultater kan gælde for andre typer nanorør, herunder bornitrid og molybdændisulfid, alene eller som hybrider med kulstof nanorør.