(PhysOrg.com) -- För Hollywood-kändisar, termen "splitsville" betyder vanligtvis "kontrollera din prenup." För forskare som vill massproducera nanorband av hög kvalitet från bornitrid-nanorör, "splitsville" kan betyda "lyckligt i alla sina dagar."

Forskare vid Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) och University of California (UC) Berkeley, arbetar med forskare vid Rice University, har utvecklat en teknik där bornitrid nanorör är fyllda med atomer av kalium tills rören spricker upp längs en längsgående söm. Detta skapar defektfria nanorband av bornitrid med enhetlig längd och tjocklek. Bornitrid nanoband förväntas visa en mängd spännande magnetiska och elektroniska egenskaper som har en enorm potential för framtida enheter.

Nanoband är tvådimensionella enkristaller (vilket betyder bara en enda atom i tjocklek) som kan mäta flera mikrometer i längd, men bara några hundra eller mindre nanometer i bredd. Grafen nanorband, som är gjorda av rent kol, bär elektroner med mycket snabbare hastigheter än kisel, och kan användas för att täcka stora ytor och ett brett sortiment av former. Bornitrid nanoband erbjuder liknande fördelar plus ett extra utbud av elektroniska, optiska och magnetiska egenskaper.

"Det har gjorts en betydande mängd teoretiskt arbete som indikerar att, beroende på bandets kanter, bornitrid nanoband kan uppvisa ferromagnetism eller anti-ferromagnetism, samt spinnpolariserad transport som är antingen metallisk eller halvledande, " säger fysiker Alex Zettl, en av världens främsta forskare inom system och enheter i nanoskala som har gemensamma möten med Berkeley Labs materialvetenskapsavdelning (MSD) och fysikavdelningen vid UC Berkeley, där han är chef för Centre of Integrated Nanomechanical Systems (COINS).

"De unika egenskaperna hos bornitrid nanoband är av stort grundläggande vetenskapligt intresse och har också implikationer för tillämpningar inom teknologier som inkluderar spintronik och optoelektronik, " säger Zettl. "Men, det lättsamma, Skalbar syntes av högkvalitativa bornitrid-nanorband har varit en betydande utmaning."

Zettl och medlemmar av hans forskargrupp mötte denna utmaning med den kemiska processen som kallas "interkalering, " varvid atomer eller molekyler av en typ infogas mellan atomer och molekyler av en annan typ. James Tour vid Rice University och hans forskargrupp hade visat att interkaleringen av kaliumatomer i kolnanorör främjar en längsgående splittring av rören. Detta fick Zettl och Tour för att samarbeta i en studie som använde samma tillvägagångssätt på bornitrid nanorör, som till sin struktur liknar nanorör gjorda av kol.

Zettl och Tour rapporterade resultaten av denna studie i tidskriften Nanobokstäver . Uppsatsen hade titeln "Longitudinell uppdelning av bornitridnanorör för enkel syntes av högkvalitativa bornitridnanorribbons." Medförfattare till tidningen var Kris Erickson, Ashley Gibb, Michael Rousseas och Nasim Alem, som alla är medlemmar i Zettls forskargrupp, och Alexander Sinitskii, medlem i Tours forskargrupp.

"Den troliga mekanismen för delning av både kol- och bornitridnanorör är att kaliumöar växer från en första startpunkt för interkalering, Zettl säger. "Denna ö-tillväxt fortsätter tills tillräckligt med periferisk påfrestning resulterar i ett brott av de kemiska bindningarna i det interkalerade nanoröret. Kalium börjar sedan binda till den nakna bandkanten, framkalla ytterligare splittring."

Denna syntesteknik ger bornitridnanoband med enhetliga bredder som kan vara så smala som 20 nanometer. Banden är också minst en mikron långa, med minimala defekter inom planet eller längs kanterna. Zettl säger att den höga kvaliteten på kanterna pekar på att delningsprocessen är ordnad snarare än slumpmässig. Denna ordning och reda kan förklara varför en stor andel av bornitridnanorbanden visar de eftertraktade sicksack- eller fåtöljformade kanterna, snarare än andra kantorienteringar.

Kanter är kritiska bestämningsfaktorer för ett nanobands egenskaper eftersom elektronerna längs kanten på en bandkant kan interagera med elektronerna längs kanten på ett annat band, vilket resulterar i den typ av energigap som är avgörande för att tillverka enheter. Till exempel, sicksackade kanter i grafen nanoband har visat sig kunna bära en magnetisk ström, vilket gör dem till kandidater för spintronics, datortekniken baserad på spin snarare än laddningen av elektroner.

Kris Eriksson, som var huvudförfattare på Nanobokstäver papper, säger att, "Med tanke på det betydande beroendet av bornitrid nanobandkanter för att genomsyra särskilda elektroniska och magnetiska egenskaper, den höga sannolikheten för att syntetisera band med sicksack och fåtöljekanter gör vår teknik särskilt lämplig för att ta itu med teoretiska förutsägelser och förverkliga föreslagna tillämpningar."

Erickson säger också att det borde vara möjligt att funktionalisera kanterna på bornitrid nanorribbons, eftersom dessa kanter avslutas med kemiskt reaktiva kaliumatomer efter syntes och med reaktiva väteatomer efter exponering för vatten eller etanol.

"Den kaliumterminerade kanten kan lätt ersättas med en annan art än väte, ", säger Erickson. "Olika kemikalier kan användas för härdning för att ge andra avslutningar, och, vidare, väte kan ersättas efter släckning genom att antingen använda etablerade bornitridfunktionaliseringsvägar, eller genom att utarbeta nya rutter som är unika för den mycket reaktiva nanobandkanten."

Zettl och hans forskargrupp undersöker nu alternativa synteser med olika bornitrid-nanorörprekursorer för att öka utbytet och förbättra reningsprocessen. De försöker också att funktionalisera kanterna på sina nanoband och de håller på att avgöra om de olika förutsagda kanttillstånden för dessa nanoband kan studeras.

"Vad vi egentligen behöver mest just nu är en bättre källa till bornitrid nanorör, " säger Zettl.