Metalliska kolnanorör visar mycket lovande för tillämpningar från mikroelektronik till kraftledningar på grund av deras ballistiska överföring av elektroner. Men vem visste att magneter kunde stoppa dessa elektroner i deras spår?

Risfysikern Junichiro Kono och hans team har studerat Aharonov-Bohm-effekten - samspelet mellan elektriskt laddade partiklar och magnetfält - och hur det relaterar till kolnanorör. Medan du gör det, de kom till den oväntade slutsatsen att magnetfält kan förvandla starkt ledande nanorör till halvledare.

Deras resultat publiceras online denna månad i Fysiska granskningsbrev .

"När du applicerar ett magnetfält, ett bandgap öppnar sig och det blir en isolator, sa Kono, en risprofessor i el- och datorteknik samt i fysik och astronomi. "Du byter en ledare till en halvledare, och du kan växla mellan de två. Så detta experiment utforskar både en viktig aspekt av resultaten av Aharonov-Bohm-effekten och de nya magnetiska egenskaperna hos kolnanorör."

Kono, doktorand Thomas Searles och deras kollegor vid National Institute of Standards and Technology och i Japan mätte framgångsrikt den magnetiska mottagligheten hos en mängd olika nanorör för första gången; de bekräftade att metaller är mycket mer mottagliga för magnetfält än halvledande nanorör, beroende på fältets orientering och styrka.

Enkelväggiga nanorör (SWNT) - upprullade ark av grafen - skulle alla se likadana ut för blotta ögat om man kunde se dem. Men en närmare titt avslöjar att nanorör finns i många former, eller chiraliteter, beroende på hur de rullas. Vissa är halvledande; vissa är mycket ledande metaller. Guldstandarden för konduktivitet är fåtöljen nanorör, så kallad eftersom de öppna ändarna bildar ett mönster som ser ut som fåtöljer.

Inte bara någon magnet skulle göra för deras experiment. Kono och Searles reste till Tsukuba Magnet Laboratory vid National Institute for Materials Science (NIMS) i Japan, där världens näst största elektromagnet användes för att reta en raffinerad ensemble av 10 chiraliteter av SWNTs, några metalliska och några halvledande, att ge upp sina hemligheter.

Genom att rampa upp den stora magneten till 35 tesla, de fann att nanorören skulle börja anpassa sig parallellt och att metallerna reagerade mycket starkare än halvledarna. (För jämförelse, den genomsnittliga MRI-maskinen för medicinsk bildbehandling har elektromagneter som är klassade till 0,5 till 3 tesla.) Spektroskopisk analys bekräftade metallerna, särskilt nanorör för fåtöljer, var två till fyra gånger mer mottagliga för magnetfältet än halvledare och att varje kiralitet reagerade annorlunda.

Nanorören var alla cirka 0,7 till 0,8 nanometer breda och 500 nanometer långa, så variationer i storlek var inte en faktor i resultaten av Searles. Han tillbringade en vecka i höstas med att köra experiment på Tsukuba-anläggningens "hybrid, "en superledande superledande magnet som innehåller en vattenkyld resistiv magnet.

Kono sa att arbetet skulle fortsätta med renade partier av nanorör som produceras genom ultracentrifugering vid Rice. Det borde ge mer specifik information om deras känslighet för magnetfält, även om han misstänker att effekten borde vara ännu starkare i längre metallic. "Detta arbete visar tydligt att metallrör och halvledande rör är olika, men nu när vi har metallberikade prover, vi kan jämföra olika chiraliteter inom metallfamiljen, " han sa.