I nanotubi di carbonio metallici mostrano grandi promesse per applicazioni dalla microelettronica alle linee elettriche a causa della loro trasmissione balistica di elettroni. Ma chi sapeva che i magneti potevano fermare quegli elettroni nelle loro tracce?

Il fisico del riso Junichiro Kono e il suo team hanno studiato l'effetto Aharonov-Bohm - l'interazione tra particelle caricate elettricamente e campi magnetici - e come si relaziona ai nanotubi di carbonio. Mentre lo fai, sono giunti alla conclusione inaspettata che i campi magnetici possono trasformare i nanotubi altamente conduttivi in ​​semiconduttori.

I loro risultati sono pubblicati online questo mese in Lettere di revisione fisica .

"Quando applichi un campo magnetico, si apre una banda proibita e diventa un isolante, " disse Kono, un professore di Rice in ingegneria elettrica e informatica e in fisica e astronomia. "Stai trasformando un conduttore in un semiconduttore, e puoi passare da uno all'altro. Quindi questo esperimento esplora sia un aspetto importante dei risultati dell'effetto Aharonov-Bohm sia le nuove proprietà magnetiche dei nanotubi di carbonio".

Kono, lo studente laureato Thomas Searles ei loro colleghi del National Institute of Standards and Technology e in Giappone hanno misurato con successo per la prima volta la suscettibilità magnetica di una varietà di nanotubi; hanno confermato che i metalli sono molto più suscettibili ai campi magnetici rispetto ai nanotubi semiconduttori, a seconda dell'orientamento e della forza del campo.

I nanotubi a parete singola (SWNT) - fogli arrotolati di grafene - sembrerebbero tutti uguali ad occhio nudo se si potessero vederli. Ma uno sguardo più attento rivela che i nanotubi sono disponibili in molte forme, o chiralità, a seconda di come sono arrotolati. Alcuni sono semiconduttori; alcuni sono metalli altamente conduttivi. Il gold standard per la conduttività è il nanotubo a poltrona, così chiamato perché le estremità aperte formano un motivo che ricorda le poltrone.

Non solo qualsiasi magnete andrebbe bene per i loro esperimenti. Kono e Searles si sono recati al Tsukuba Magnet Laboratory presso il National Institute for Materials Science (NIMS) in Giappone, dove il secondo elettromagnete più grande del mondo è stato utilizzato per stuzzicare un raffinato insieme di 10 chiralità di SWNT, alcuni metallici e alcuni semiconduttori, nel rinunciare ai loro segreti.

Aumentando il grande magnete fino a 35 tesla, hanno scoperto che i nanotubi avrebbero iniziato ad allinearsi in parallelo e che i metalli reagivano molto più fortemente dei semiconduttori. (Per confronto, la macchina MRI media per l'imaging medico ha elettromagneti classificati da 0,5 a 3 tesla.) L'analisi spettroscopica ha confermato i metalli, in particolare nanotubi da poltrona, erano da due a quattro volte più suscettibili al campo magnetico rispetto ai semiconduttori e che ogni chiralità reagiva in modo diverso.

I nanotubi erano tutti larghi da 0,7 a 0,8 nanometri e lunghi 500 nanometri, quindi le variazioni di dimensioni non sono state un fattore nei risultati di Searles. Ha trascorso una settimana lo scorso autunno a condurre esperimenti presso l'"ibrido" della struttura di Tsukuba. " un magnete superconduttore di grande diametro che contiene un magnete resistivo raffreddato ad acqua.

Kono ha affermato che il lavoro continuerà sui lotti purificati di nanotubi prodotti dall'ultracentrifugazione alla Rice. Ciò dovrebbe fornire informazioni più specifiche sulla loro suscettibilità ai campi magnetici, sebbene sospetti che l'effetto dovrebbe essere ancora più forte nei metalli più lunghi. "Questo lavoro mostra chiaramente che i tubi metallici e i tubi semiconduttori sono diversi, ma ora che abbiamo campioni arricchiti di metalli, possiamo confrontare diverse chiralità all'interno della famiglia metallica, " Egli ha detto.