Kemister från University of Oregon har tagit fram ett sätt att se de inre strukturerna hos elektroniska vågor fångade i kolnanorör av externa elektrostatiska laddningar.

Kolnanorör har utpekats som exceptionella material med unika egenskaper som möjliggör extremt effektiv laddning och energitransport, med potential att öppna vägen för nytt, mer effektiva typer av elektroniska och solcellsanordningar. Dock, dessa fällor, eller defekter, i ultratunna nanorör kan äventyra deras effektivitet.

Med hjälp av ett specialbyggt mikroskop som kan avbilda materia i atomskala, forskarna kunde visualisera fällor, som kan påverka flödet av elektroner och elementära energipaket som kallas excitoner negativt.

Studien, sa George V. Nazin, professor i fysisk kemi, modellerade beteendet som ofta observeras i kol-nanorörbaserade elektroniska enheter, där elektroniska fällor induceras av stokastiska yttre laddningar i omedelbar närhet av nanorören. De yttre laddningarna lockar och fångar elektroner som sprider sig genom nanorör.

"Vår visualisering bör vara användbar för utvecklingen av en mer exakt bild av elektronutbredning genom nanorör i verkliga applikationer, där nanorör alltid utsätts för yttre störningar som potentiellt kan leda till skapandet av dessa fällor, " han sa.

Forskningen, detaljerad i ett papper i Journal of Physical Chemistry Letters , gjordes med ett ultrahögt vakuumscanningstunnelmikroskop kopplat till en kryostat med sluten cykel-en ny enhet byggd för användning i Nazins laboratorium. Kryostaten tillät Nazin och hans medförfattare Dmitry A.Kislitsyn och Jason D. Hackley, både doktorander, för att sänka temperaturen till 20 Kelvin för att frysa all nanoskala rörelse, och visualisera de inre strukturerna i nanoskalaobjekt.

Enheten fångade den inre strukturen hos elektroniska vågor som är fångade i korta sektioner, bara flera nanometer lång, av nanorör delvis upphängda över en atomiskt platt guldyta. Vågornas egenskaper, i stor utsträckning, Nazin sa, bestämma elektronöverföring genom sådana elektroniska fällor. De förökande elektronerna måste vara i resonans med de lokaliserade vågorna för att effektiv elektronisk överföring ska ske.

"Otroligt, genom att finjustera energierna hos förökande elektroner, vi fann det, förutom dessa resonansöverföringskanaler, andra resonanser är också möjliga, med energier som matchar de för specifika vibrationer i kolnanorör, "sa han." Dessa nya överföringskanaler motsvarar "vibronic" resonanser, där instängda elektroniska vågor väcker vibrationer av kolatomer som bildar den elektroniska fällan. "

Mikroskopet som teamet använde beskrivs separat i ett fritt tillgängligt papper (högstabilt kryogeniskt skanningstunnelmikroskop baserat på en sluten kryostat) placerad online 7 oktober av tidningen Granskning av vetenskapliga instrument .