Wetenschappers leren hoe ze nanobuisjes kunnen maken die in één richting wijzen

Onderzoekers van de Tokyo Metropolitan University hebben voor het eerst wolfraamdisulfide-nanobuisjes gemaakt die bij vorming in dezelfde richting wijzen. Ze gebruikten een saffieroppervlak onder zorgvuldig gecontroleerde omstandigheden om gerangschikte wolfraamdisulfide-nanobuisjes te vormen, elk bestaande uit gerolde nanoplaten, met behulp van chemische dampafzetting.

De techniek van het team lost het al lang bestaande probleem van door elkaar gegooide oriëntaties in verzamelde hoeveelheden nanobuisjes op, en belooft echte apparaattoepassingen voor de exotische anisotropie van afzonderlijke nanobuisjes.

De studie is gepubliceerd in het journaal Nano-brieven.

Nanobuisjes bestaan ​​uit lagen atomen die in een buis op nanoschaal zijn gerold, waardoor een tweedimensionaal vel in een eendimensionaal wordt veranderd. Het is bekend dat zij een breed scala aan eigenschappen vertonen, die afhankelijk zijn van de manier waarop de uiteinden van het vel bij elkaar komen. Koolstofnanobuisjes kunnen bijvoorbeeld geleidend of halfgeleidend zijn, afhankelijk van of er een “draai” in de buisstructuur achterblijft wanneer een nanovel wordt opgerold.

Aan de andere kant bestaan ​​wolfraamdisulfide-nanobuisjes uit nanoplaten die meerdere keren zijn opgerold om een ​​Swiss-roll-achtige nanostructuur te creëren. Interessant is dat bekend is dat ze altijd halfgeleidend zijn, ongeacht hoe ze worden gerold, waardoor ze een uitstekende kandidaat zijn voor toepassing in halfgeleidende apparaten. Voor alle wenselijke eigenschappen van afzonderlijke wolfraamdisulfide-nanobuisjes vereisen echte apparaten echter verzamelde hoeveelheden nanobuisjes op dezelfde plaats.

Dit kan worden bereikt, maar met een belangrijke voorwaarde: ze wijzen meestal in willekeurige richtingen. Het is bekend dat dit een nadelig effect heeft op eigenschappen zoals de mobiliteit van dragers, wat rechtstreeks van invloed is op de bruikbaarheid ervan in apparaten. Eventuele unieke optische eigenschappen worden eveneens gemaskeerd.

Hoe interessant de richtingsafhankelijke eigenschappen van afzonderlijke nanobuisjes ook zijn, de eigenschappen van meerdere nanobuisjes zullen deze niet weerspiegelen, omdat deze uit een door elkaar gegooide stapel bestaan.

Nu heeft een team onder leiding van professor Kazuhiro Yanagi van de Tokyo Metropolitan University een nieuwe techniek bedacht die dit al lang bestaande probleem zou kunnen oplossen. Ze gebruikten een saffiersubstraat met een specifiek kristallijn vlak blootgesteld aan het oppervlak, waardoor een sjabloon ontstond waarop nanobuisjes kunnen worden gekweekt.

Gassen die wolfraam en zwavel bevatten, werden met precieze snelheden en temperaturen aan het substraat toegevoerd om chemische dampafzetting mogelijk te maken om meerwandige gerolde wolfraamdisulfide-nanobuisjes op het oppervlak te vormen.

Onder de juiste omstandigheden merkten ze dat de nanobuisjes allemaal in een specifieke kristallografische richting wezen. Dit is de eerste keer dat er in een rij wolfraamdisulfide-nanobuisjes zijn gekweekt.

Het team toonde aan dat hun reeksen nanobuisjes gezamenlijk nog steeds de exotische, anisotrope eigenschappen van afzonderlijke nanobuisjes vertonen, vooral in de manier waarop ze omgaan met licht. Ze geloven dat hun techniek de toepassing van wolfraamdisulfide-nanobuisjes in echte apparaten mogelijk zal maken, die optimaal profiteren van hun exotische elektrische en opto-elektronische eigenschappen.