Flyt over kulstof, nanorørfamilien er lige blevet større

Forskere fra Tokyo Metropolitan University har konstrueret en række nye enkeltvæggede overgangsmetal dichalcogenid (TMD) nanorør med forskellige sammensætninger, chiralitet og diametre ved at skabe en skabelon af bornitrid nanorør. De realiserede også ultratynde nanorør dyrket inde i skabelonen og skræddersyede med succes kompositioner for at skabe en familie af nye nanorør. Evnen til at syntetisere en bred vifte af strukturer giver unik indsigt i deres vækstmekanisme og nye optiske egenskaber.

Værket er publiceret i tidsskriftet Advanced Materials .

Kulstofnanorøret er et vidunder af nanoteknologi. Fremstillet ved at rulle et atomisk tyndt ark af kulstofatomer op, det har exceptionel mekanisk styrke og elektrisk ledningsevne blandt en række andre eksotiske optoelektroniske egenskaber med potentielle anvendelser i halvledere ud over siliciumalderen.

Nøgletræk ved kulstofnanorør kommer fra subtile aspekter af deres struktur. For eksempel, ligesom et stykke papir rullet op i en vinkel, har nanorør ofte en chiralitet, en "handedness" i deres struktur, der gør dem anderledes end deres spejlbillede. Det er også grunden til, at forskerne ser fremad mod materialer ud over kulstof, som måske muliggør en bredere vifte af strukturer.

Et af søgelysene er på overgangsmetal dichalcogenid (TMD) forbindelser, lavet af overgangsmetaller og gruppe 16 elementer. Ikke alene er der en hel familie af dem, TMD'er har funktioner, som ikke ses i kulstof nanorør, såsom superledning og fotovoltaiske egenskaber, hvor eksponering for lys genererer en spænding eller strøm.

For at få fat i det fulde potentiale af TMD'er, skal forskerne imidlertid være i stand til at lave enkeltvæggede nanorør i en række forskellige sammensætninger, diametre og chiralitet på en måde, der lader os studere deres individuelle egenskaber. Dette har vist sig at være udfordrende:TMD nanorør dannes normalt i koncentriske flervæggede strukturer, hvor hvert lag kan have forskellig chiralitet. Det gør det vanskeligt at finde ud af, for eksempel hvilken slags chiralitet, der giver anledning til specifikke egenskaber.

Nu har et hold ledet af assisterende professor Yusuke Nakanishi fra Tokyo Metropolitan University fundet på en måde at gøre netop det på. Ved at bruge bornitrid-nanorør som skabelon kunne de med succes dyrke en række enkeltvæggede TMD-nanorør ved at tilføje de nødvendige elementer gennem eksponering for damp.

I tidligere arbejde lavede de enkeltvæggede molybdænsulfid nanorør. Ved at se på individuelle nanorør mere detaljeret, har de nu skelnet en hel overflod af enkeltvæggede rør med forskellige diametre og chiralitet. Specifikt målte de de "chirale vinkler" af individuelle rør, som sammen med deres diametre bestemmer unikke chirale strukturer.

De opdagede for første gang, at de chirale vinkler på deres nanorør var tilfældigt fordelt:dette betyder, at de har adgang til hele rækken af ​​mulige vinkler, hvilket lover ny indsigt i forholdet mellem chiralitet og elektroniske tilstande, et centralt uløst spørgsmål i Mark. Der var også ultratynde rør, kun få nanometer på tværs, dyrket inde i skabelonen, ikke udenfor, en unik platform til at observere kvantemekaniske effekter.

Ved at justere deres opskrift er det nu også lykkedes holdet at skifte både metallet og kalkogenet, hvilket gør molybdænselenid, wolframselenid og molybdæn wolframsulfidlegering nanorør. De lavede endda nanorør med et element på ydersiden, et andet på indersiden, "Janus"-type nanorør opkaldt efter den tosidede gud i romersk mytologi.

Holdets forskellige nye indgange i nanorør-familien lover dristige nye fremskridt i ikke kun vores forståelse af TMD-nanorør, men også hvordan eksotiske egenskaber opstår fra deres strukturer.

Flere oplysninger: Yusuke Nakanishi et al., Strukturel mangfoldighed af enkeltvæggede overgangsmetal Dichalcogenide nanorør dyrket via skabelonreaktion, Avancerede materialer (2023). DOI:10.1002/adma.202306631

Journaloplysninger: Avanceret materiale

Leveret af Tokyo Metropolitan University