Forskare från NUST MISIS Laboratory of Inorganic Nanomaterials och internationella kollegor har bevisat att det är möjligt att förändra de strukturella och ledande egenskaperna hos nanorör genom att sträcka ut dem. Denna upptäckt har tillämpningar inom elektronik och högprecisionssensorer som mikroprocessorer och detektorer. Forskningsartikeln har publicerats i Ultramikroskopi .

Kolnanorör kan representeras som ett ark grafen rullat på ett speciellt sätt. Det finns olika sätt att vika den, vilket resulterar i att grafenkanterna sammankopplas i olika vinklar, bildar antingen fåtöljen, sicksack eller kirala nanorör (Fig 1).

Nanorör anses vara lovande material för användning i elektronik och sensorer eftersom de har hög elektrisk ledningsförmåga, som skulle fungera bra i saker som mikroprocessorer och högprecisionsdetektorer. Dock, det är svårt att kontrollera deras ledningsförmåga under produktionen. Nanorör med metalliska och halvledande egenskaper kan växa till en enda array medan mikroprocessorbaserad elektronik kräver halvledande nanorör som har samma egenskaper.

Forskare från NUST MISIS Laboratory of Inorganic Nanomaterials, tillsammans med en forskargrupp från Japan, Kina och Australien, ledd av professor Dmitri Golberg, har föreslagit en metod som möjliggör modifiering av strukturen hos färdiga nanorör och därmed ändrar deras ledande egenskaper.

"Grunden för nanoröret - ett vikt lager av grafen - är ett rutnät av vanliga hexagoner, vars hörn är kolatomer. Om en av kolbindningarna i nanoröret roteras 90 grader, en femhörning och en heptagon bildas vid denna [korsning] istället för en sexhörning, och en så kallad Stone-Wales-defekt erhålls i detta fall. En sådan defekt kan uppstå i strukturen under vissa förhållanden.

"Tillbaka i slutet av 90-talet, det förutspåddes att migreringen av denna defekt längs väggarna i ett starkt upphettat nanorör med applicering av mekanisk stress kunde leda till en förändring i dess struktur - en sekventiell förändring av nanorörets kiralitet, vilket leder till en förändring av dess elektroniska egenskaper. Inga experimentella bevis för denna hypotes har tidigare erhållits, men vårt forskningsdokument har presenterat övertygande bevis för det, " sa docent Pavel Sorokin, chef för infrastrukturprojektet Theoretical Materials Science of Nanostructures vid NUST MISIS Laboratory of Inorganic Nanomaterials.

Forskare från NUST MISIS Laboratory of Inorganic Nanomaterials har genomfört simuleringar av experimentet på atomnivå. I början, nanorören förlängdes för att bilda den första strukturella defekten bestående av två pentagoner och två heptagoner (en Stone-Wales-defekt, Fig. 2a), där den långvariga förlängningen av röret började "spridas" till sidorna, omarrangera andra kolbindningar (fig. 2b). Det var i detta skede som nanorörens struktur förändrades. Med ytterligare sträckning, fler och fler Stone-Wales-defekter började bildas, så småningom leder till en förändring av nanorörens ledningsförmåga (Fig. 2).

"Vi var ansvariga för den teoretiska modelleringen av processen på en superdator i NUST MISIS Laboratory for Modeling and Development of New Materials för den experimentella delen av arbetet. Vi är glada att simuleringsresultaten [stödjer] experimentdata, " tillade Dmitrij Kvashnin, medförfattare till forskningsarbetet, Kandidat för fysikaliska och matematiska vetenskaper och forskare vid NUST MISIS Laboratory of Inorganic Nanomaterials.

Den föreslagna tekniken kan hjälpa till med omvandlingen av "metalliska" nanorörsstrukturer för vidare tillämpning i halvledarelektronik och sensorer som mikroprocessorer och ultrakänsliga detektorer.