Nanotüp ailesi genişliyor ve karbonu geride bırakıyor

Tokyo, Japonya – Tokyo Metropolitan Üniversitesi’nden araştırmacılar, bor nitrürden nanotüpler oluşturarak farklı bileşimlere, kiraliteye ve çaplara sahip bir dizi yeni tek duvarlı geçiş metali dikalkogenit (TMD) nanotüp tasarladılar. Ayrıca şablonun içinde büyütülmüş son derece ince nanotüpler oluşturdular ve yeni bir nanotüp ailesi oluşturmak için yapıları başarıyla tasarladılar. Çeşitli yapıları bir araya getirme yeteneği, bunların büyüme mekanizmalarına ve yeni optik özelliklerine ilişkin benzersiz bilgiler sağlar.

Karbon nanotüpler nanoteknolojinin harikalarından biridir. İnce bir karbon atomu tabakasının bükülmesiyle yapılmış olup, diğer birçok egzotik optoelektronik özelliğin yanı sıra olağanüstü mekanik mukavemete ve elektriksel iletkenliğe sahiptir ve silikon çağının ötesinde yarı iletkenlerde potansiyel uygulamalara sahiptir.

Karbon nanotüplerin ana özellikleri yapılarının daha ince yönlerinden gelir. Örneğin, belli bir açıyla sarılmış bir kağıt parçası gibi, nanotüplerin yapılarında çoğu zaman onları ayna görüntüsünden farklı kılan asimetri vardır. Bilim adamlarının daha geniş bir yapı yelpazesine olanak sağlayabilecek karbon dışındaki malzemeleri aramasının nedeni de budur. Geçiş metalleri ve grup 16 elementlerinden oluşan geçiş metali dikalkogenitler (TMD’ler) vurgulanmaktadır. Bunların sadece bir ailesi yoktur, aynı zamanda TMD’ler süperiletkenlik ve fotoelektrik özellikler gibi karbon nanotüplerde görülmeyen özelliklere de sahiptir. bir voltaj veya akım.

Bununla birlikte, TMD’lerin tam potansiyeline ulaşmak için bilim adamlarının, çeşitli bileşimlerde, çaplarda ve eksantrikliklerde, bireysel özelliklerini incelememize izin verecek şekilde tek duvarlı nanotüpler yapabilmeleri gerekir. Bunun bir zorluk olduğu kanıtlanmıştır: TMD nanotüpleri tipik olarak her katmanın farklı bir kiraliteye sahip olabildiği eşmerkezli çok duvarlı yapılarda oluşur. Bu, örneğin hangi tür merkezileşmenin belirli özelliklere yol açtığını bilmeyi zorlaştırır.

Şimdi, Tokyo Metropolitan Üniversitesi’nden Doçent Yusuke Nakanishi liderliğindeki bir ekip, tam da bunu yapmanın bir yolunu buldu. Bor nitrür nanotüplerini şablon olarak kullanarak, istenen elementleri buhara maruz bırakarak ekleyerek bir dizi tek duvarlı TMD nanotüpünü başarıyla büyütmeyi başardılar. Daha önceki çalışmalarında tek duvarlı molibden sülfit nanotüpleri yapmışlardı. Bireysel nanotüplere daha detaylı bakıldığında, artık farklı çaplarda ve eksantrikliklerde çok sayıda tek duvarlı tüpün ayırt edildiği görüldü. Spesifik olarak, çaplarıyla birlikte alındığında benzersiz spiral yapıları tanımlayan tek tek tüplerin “eksantrik açılarını” ölçtüler. İlk defa, nanotüplerin eksantrik açılarının rastgele dağıldığını keşfettiler; bu, mümkün olan tüm açı aralığına erişebildikleri anlamına geliyordu; eksantriklik ile elektronik durumlar arasındaki ilişkiye dair yeni anlayışlar vaat ediyordu; fizik. alan. Ayrıca, kuantum mekaniksel etkileri gözlemlemek için benzersiz bir platform olan, kalıbın dışında değil içinde büyütülmüş, yalnızca birkaç nanometre çapında çok ince tüpler de vardı.

Ekip, reçetelerini değiştirerek artık hem metali hem de kalkojeni değiştirerek molibden selenit, tungsten selenit ve molibden sülfür alaşımı nanotüplerini sentezlemeyi başardı. Hatta dışı bir element, içi ise başka bir element içeren nanotüpler bile yarattılar; adını Roma mitolojisindeki İki Yüzlü tanrıdan alan Janus tipi nanotüpler. Ekibin nanotüp ailesine çeşitli yeni girişleri, yalnızca TMD nanotüplerini anlamamızda değil, aynı zamanda bunların yapılarından nasıl egzotik özelliklerin ortaya çıktığı konusunda da cesur yeni adımlar vaat ediyor.

2 H05469, JP23H00259, JP23K13635, JP23H00097, JP22H05441, JP21H05235, JPJSJRP20221202), JST CREST Programı (Grant Numaraları JPMJCR17I5 ve JPMJCR20B1) ve JST FOREST Programı (Grant Numarası JPMJFR) 213X).