Presso il Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, la ricerca condotta con i collaboratori della Princeton University e dell'Institute for Advanced Computational Science presso la State University di New York a Stony Brook ha mostrato come il plasma provoca eccezionalmente forti, strutture microscopiche note come nanotubi di carbonio per crescere. Tali tubi, misurato in miliardesimi di metro, si trovano in tutto, dagli elettrodi agli impianti dentali e hanno molte proprietà vantaggiose. In linea di principio, hanno una resistenza alla trazione, o resistenza alla rottura quando allungato, 100 volte maggiore di quella di un filo d'acciaio della stessa misura.
I tubi sono utilizzati anche nei transistor e un giorno potrebbero sostituire il rame nei chip dei computer. Ma prima che i produttori possano produrre tali nanotubi in modo affidabile, gli scienziati devono capire più in dettaglio come si formano.
Le nuove scoperte, riportato sul giornale Carbonio a febbraio, contribuisce a un progetto in corso presso il Laboratorio per la nanosintesi del plasma di PPPL che si concentra sulla crescita di nanoparticelle nei plasmi. Inaugurato nel 2012, il laboratorio combina l'esperienza PPPL nella scienza del plasma con le capacità nella scienza dei materiali dell'Università di Princeton e di altre istituzioni e fa parte del dipartimento di scienza e tecnologia del plasma PPPL guidato dal fisico Philip Efthimion. Il capo ricercatore principale è il fisico Yevgeny Raitses; gli investigatori co-principali sono i fisici Igor Kaganovich, vicedirettore del dipartimento di teoria del PPPL, e Brentley Stratton, capo della divisione diagnostica presso PPPL.
Gli scienziati hanno eseguito simulazioni al computer a Stony Brook mostrando che il plasma, una zuppa di atomi e particelle caricate elettricamente, può dare ai nanotubi di carbonio una carica elettrica negativa. Le simulazioni hanno indicato che un nanotubo caricato negativamente legherebbe gli atomi di carbonio dall'ambiente circostante più a lungo e più fortemente alla superficie del tubo. E più a lungo un atomo resta attaccato al nanotubo, più è probabile che si sposti in un ammasso di atomi, noto come catalizzatore metallico, facendo crescere il tubo.
"Nella nostra ricerca abbiamo riscontrato un aumento significativo del tempo trascorso dagli atomi di carbonio sui tubi, " ha detto Predrag Krstic, professore di ricerca presso l'Institute for Advanced Computational Science e coautore di articoli. "Come conseguenza, c'è un aumento significativo della velocità di migrazione degli atomi di carbonio verso il catalizzatore metallico."
La maggiore disponibilità di computer ad alta velocità ha recentemente reso possibile tale ricerca. "Ciò che è cambiato è che oggi i computer sono così veloci che possiamo modellare con precisione fenomeni come quello che accade ai nanotubi quando sono immersi nel plasma, " disse Kaganovic, anche coautore.
Andando avanti, i ricercatori hanno in programma di sviluppare un modello più dettagliato di come crescono sia il nitruro di boro che i nanotubi di carbonio in un ambiente di plasma reale. La potenza di calcolo avanzata rende possibile lo sviluppo di questi nuovi modelli.
