Forskare har visat ett nytt bildverktyg för att snabbt screena strukturer som kallas enkelväggiga kolnanorör, möjligen påskynda användningen av dem för att skapa en ny klass av datorer och elektronik som är snabbare och förbrukar mindre ström än dagens.

De halvledande nanostrukturerna kan användas för att revolutionera elektroniken genom att ersätta konventionella kiselkomponenter och kretsar. Dock, ett hinder i deras tillämpning är att metallversioner oundvikligen bildas under tillverkningsprocessen, förorenar de halvledande nanorören.

Nu har forskare upptäckt att en avancerad bildteknik kan lösa detta problem, sa Ji-Xin Cheng, en docent i biomedicinsk teknik och kemi vid Purdue University.

"Bildsystemet använder en pulserande laser för att lägga energi i nanorören, pumpa nanorören från ett grundtillstånd till ett exciterat tillstånd, " sa han. "Då, en annan laser som kallas en sond känner av de upphetsade nanorören och avslöjar kontrasten mellan metalliska och halvledarrör. "

Tekniken, kallas transient absorption, mäter rörens "metallicitet". Detektionsmetoden kan kombineras med en annan laser för att zap de oönskade metalliska nanorören när de rullar av från tillverkningslinjen, lämnar bara de halvledande rören.

Resultaten beskrivs i en forskningsartikel som visas online denna vecka i tidskriften Fysiska granskningsbrev .

Enkelväggiga nanorör bildas genom att rulla ihop ett enatoms tjockt lager grafit som kallas grafen, som så småningom kan konkurrera med kisel som grund för datorchips. Forskare i Chengs grupp, arbeta med nanomaterial för biomedicinska studier, blev förbryllade när de märkte att metalliska nanopartiklar och halvledande nanotrådar överfördes och absorberade ljus annorlunda efter att ha exponerats för den pulserande lasern.

Sedan forskaren Chen Yang, en Purdue biträdande professor i fysikalisk kemi, föreslog att metoden kan användas för att screena nanorören för nanoelektronik.

"När du gör nanokretsar, du vill bara ha de halvledande, så det är mycket viktigt att ha en metod för att identifiera metalliska nanorör, " sa Yang.

Uppsatsen skrevs av Purdue fysik doktorand Yookyung Jung; biomedicinsk ingenjörsforskare Mikhail N. Slipchenko; Chang-Hua Liu, en elteknik doktorand vid University of Michigan; Alexander E. Ribbe, chef för Nanotechnology Group i Purdues kemiska institution; Zhaohui Zhong, en biträdande professor i elektroteknik och datavetenskap vid Michigan; och Yang och Cheng. Forskarna i Michigan producerade nanorören.

Halvledare som kisel leder elektricitet under vissa förhållanden men inte andra, vilket gör dem idealiska för att styra elektrisk ström i enheter som transistorer och dioder.

Nanorören har en diameter på cirka 1 nanometer, eller ungefär längden på 10 väteatomer sammansträngda, gör dem alldeles för små för att kunna ses med ett konventionellt ljusmikroskop.

"De kan ses med ett atomkraftmikroskop, men det här berättar bara morfologin och ytegenskaperna, inte nanorörets metalliska tillstånd, " sa Cheng.

Den transienta absorptionsavbildningstekniken representerar den enda snabba metoden för att se skillnaden mellan de två typerna av nanorör. Tekniken är "etikettfri, " vilket betyder att det inte kräver att nanorören är märkta med färgämnen, gör det potentiellt praktiskt för tillverkning, han sa.

Forskarna utförde tekniken med nanorör placerade på en glasyta. Framtida arbete kommer att fokusera på att utföra avbildningen när nanorör är på en kiselyta för att avgöra hur väl det skulle fungera i industriella tillämpningar.

"Vi har påbörjat detta arbete på ett kiselsubstrat, och de preliminära resultaten är mycket bra, " sa Cheng.

Framtida forskning kan också studera hur elektroner färdas inuti individuella nanorör.