I ricercatori hanno dimostrato un nuovo strumento di imaging per lo screening rapido di strutture chiamate nanotubi di carbonio a parete singola, forse accelerando il loro utilizzo nella creazione di una nuova classe di computer ed elettronica che sono più veloci e consumano meno energia di quella odierna.

Le nanostrutture semiconduttrici potrebbero essere utilizzate per rivoluzionare l'elettronica sostituendo componenti e circuiti in silicio convenzionali. Però, un ostacolo nella loro applicazione è che le versioni metalliche si formano inevitabilmente durante il processo di fabbricazione, contaminare i nanotubi semiconduttori.

Ora i ricercatori hanno scoperto che una tecnologia di imaging avanzata potrebbe risolvere questo problema, disse Ji-Xin Cheng, professore associato di ingegneria biomedica e chimica alla Purdue University.

"Il sistema di imaging utilizza un laser pulsante per depositare energia nei nanotubi, pompare i nanotubi da uno stato fondamentale a uno stato eccitato, " disse. "Allora, un altro laser chiamato sonda rileva i nanotubi eccitati e rivela il contrasto tra tubi metallici e semiconduttori".

La tecnica, chiamato assorbimento transitorio, misura la "metallicità" dei tubi. Il metodo di rilevamento potrebbe essere combinato con un altro laser per eliminare i nanotubi metallici indesiderati mentre escono dalla linea di produzione, lasciando solo i tubi semiconduttori.

I risultati sono dettagliati in un documento di ricerca apparso online questa settimana sulla rivista Lettere di revisione fisica .

I nanotubi a parete singola si formano arrotolando uno strato di grafite dello spessore di un atomo chiamato grafene, che potrebbe eventualmente rivaleggiare con il silicio come base per i chip dei computer. Ricercatori del gruppo di Cheng, lavorare con i nanomateriali per studi biomedici, sono rimasti perplessi quando hanno notato che le nanoparticelle metalliche e i nanofili semiconduttori trasmettevano e assorbivano la luce in modo diverso dopo essere stati esposti al laser pulsante.

Poi il ricercatore Chen Yang, un assistente professore di chimica fisica alla Purdue, suggerito che il metodo potrebbe essere utilizzato per lo screening dei nanotubi per la nanoelettronica.

"Quando crei nanocircuiti, vuoi solo quelli a semiconduttore, quindi è molto importante avere un metodo per identificare i nanotubi metallici, " ha detto Yang.

Il documento è stato scritto dallo studente di dottorato in fisica della Purdue Yookyung Jung; ricercatore in ingegneria biomedica Mikhail N. Slipchenko; Chang Hua Liu, uno studente laureato in ingegneria elettrica presso l'Università del Michigan; Alexander E. Ribbe, manager del Nanotechnology Group nel Dipartimento di Chimica di Purdue; Zhaohui Zhong, un assistente professore di ingegneria elettrica e informatica al Michigan; e Yang e Cheng. I ricercatori del Michigan hanno prodotto i nanotubi.

I semiconduttori come il silicio conducono elettricità in alcune condizioni ma non in altre, rendendoli ideali per il controllo della corrente elettrica in dispositivi come transistor e diodi.

I nanotubi hanno un diametro di circa 1 nanometro, o all'incirca la lunghezza di 10 atomi di idrogeno messi insieme, rendendoli troppo piccoli per essere visti con un microscopio ottico convenzionale.

"Possono essere visti con un microscopio a forza atomica, ma questo ti dice solo la morfologia e le caratteristiche della superficie, non lo stato metallico del nanotubo, " Ha detto Cheng.

La tecnica di imaging ad assorbimento transitorio rappresenta l'unico metodo rapido per distinguere i due tipi di nanotubi. La tecnica è "label free, " significa che non richiede che i nanotubi siano marcati con coloranti, rendendolo potenzialmente pratico per la produzione, Egli ha detto.

I ricercatori hanno eseguito la tecnica con nanotubi posti su una superficie di vetro. Il lavoro futuro si concentrerà sull'esecuzione dell'imaging quando i nanotubi si trovano su una superficie di silicio per determinare quanto bene funzionerebbe nelle applicazioni industriali.

"Abbiamo iniziato questo lavoro su un substrato di silicio, e i risultati preliminari sono molto buoni, " Ha detto Cheng.

La ricerca futura potrebbe anche studiare come gli elettroni viaggiano all'interno dei singoli nanotubi.