(PhysOrg.com) -- Per le celebrità di Hollywood, il termine "splitsville" di solito significa "controlla il tuo contratto prematrimoniale". Per gli scienziati che desiderano produrre in serie nanonastri di alta qualità da nanotubi di nitruro di boro, "Splitsville" potrebbe significare "vissero felici e contenti".

Scienziati del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) e dell'Università della California (UC) Berkeley, lavorando con scienziati della Rice University, hanno sviluppato una tecnica in cui i nanotubi di nitruro di boro sono riempiti con atomi di potassio fino a quando i tubi si aprono lungo una cucitura longitudinale. Questo crea nanonastri di nitruro di boro privi di difetti di lunghezza e spessore uniformi. Si prevede che i nanonastri di nitruro di boro mostrino una varietà di interessanti proprietà magnetiche ed elettroniche che hanno un enorme potenziale per i dispositivi futuri.

I nanoribbon sono singoli cristalli bidimensionali (che significa solo un singolo atomo di spessore) che possono misurare più micron di lunghezza, ma solo poche centinaia o meno di nanometri di larghezza. Nanonastri di grafene, che sono fatti di carbonio puro, trasportano gli elettroni a velocità molto più elevate del silicio, e può essere utilizzato per coprire vaste aree e un vasto assortimento di forme. I nanonastri di nitruro di boro offrono vantaggi simili oltre a una serie aggiuntiva di componenti elettronici, proprietà ottiche e magnetiche.

"C'è stata una quantità significativa di lavoro teorico che indica che, a seconda dei bordi del nastro, i nanonastri di nitruro di boro possono presentare ferromagnetismo o antiferromagnetismo, così come il trasporto spin-polarizzato che è metallico o semiconduttore, "dice il fisico Alex Zettl, uno dei più importanti ricercatori al mondo in sistemi e dispositivi su scala nanometrica che tiene appuntamenti congiunti con la divisione di scienze dei materiali (MSD) del Berkeley Lab e il dipartimento di fisica dell'Università di Berkeley, dove è direttore del Centro di Sistemi Nanomeccanici Integrati (COINS).

"Le proprietà uniche dei nanonastri di nitruro di boro sono di grande interesse scientifico fondamentale e hanno anche implicazioni per le applicazioni nelle tecnologie che includono la spintronica e l'optoelettronica, " dice Zettl. "Tuttavia, il facile, la sintesi scalabile di nanonastri di nitruro di boro di alta qualità è stata una sfida significativa".

Zettl e i membri del suo gruppo di ricerca hanno affrontato questa sfida utilizzando il processo chimico noto come "intercalazione, " per cui atomi o molecole di un tipo vengono inseriti tra atomi e molecole di un altro tipo. James Tour della Rice University e il suo gruppo di ricerca avevano dimostrato che l'intercalazione di atomi di potassio in nanotubi di carbonio promuove una scissione longitudinale dei tubi. Ciò ha indotto Zettl e Tour per collaborare a uno studio che ha utilizzato lo stesso approccio sui nanotubi di nitruro di boro, che sono molto simili nella struttura ai nanotubi di carbonio.

Zettl e Tour hanno riportato i risultati di questo studio sulla rivista Nano lettere . L'articolo era intitolato "Spliting longitudinale di nanotubi di nitruro di boro per la sintesi facile di nanotubi di nitruro di boro di alta qualità". I co-autori dell'articolo erano Kris Erickson, Ashley Gibb, Michael Rousseas e Nasim Alem, che sono tutti membri del gruppo di ricerca di Zettl, e Alexander Sinitskii, un membro del gruppo di ricerca di Tour.

"Il probabile meccanismo per la scissione dei nanotubi di carbonio e nitruro di boro è che le isole di potassio crescono da un punto iniziale di intercalazione, " Zettl dice. "Questa crescita dell'isola continua fino a quando una tensione circonferenziale sufficiente non provoca una rottura dei legami chimici del nanotubo intercalato. Il potassio inizia quindi a legarsi al bordo nudo del nastro, inducendo ulteriori scissioni».

Questa tecnica di sintesi produce nanonastri di nitruro di boro di larghezze uniformi che possono essere strette fino a 20 nanometri. I nastri sono anche lunghi almeno un micron, con difetti minimi all'interno del piano o lungo i bordi. Zettl afferma che l'alta qualità dei bordi indica che il processo di suddivisione è ordinato piuttosto che casuale. Questo ordine potrebbe spiegare perché un'elevata percentuale dei nanonastri di nitruro di boro mostra gli ambiti bordi a zigzag o a forma di poltrona, piuttosto che altri orientamenti dei bordi.

I bordi sono determinanti critici delle proprietà di un nanonastro perché gli elettroni lungo il bordo di un bordo del nastro possono interagire con gli elettroni lungo il bordo di un altro nastro, determinando il tipo di gap energetico cruciale per la fabbricazione dei dispositivi. Per esempio, i bordi a zigzag nei nanonastri di grafene hanno dimostrato di essere in grado di trasportare una corrente magnetica, che li rende candidati per la spintronica, la tecnologia informatica basata sullo spin piuttosto che sulla carica degli elettroni.

Kris Erickson, chi era l'autore principale del Nano lettere carta, Dillo, "Data la significativa dipendenza dai bordi dei nanonastri di nitruro di boro per conferire particolari proprietà elettroniche e magnetiche, l'elevata probabilità di sintetizzare nastri con bordi a zigzag e poltrone rende la nostra tecnica particolarmente adatta per affrontare previsioni teoriche e realizzare applicazioni proposte".

Erickson dice anche che dovrebbe essere possibile funzionalizzare i bordi dei nanonastri di nitruro di boro, poiché questi bordi sono terminati con atomi di potassio chimicamente reattivi dopo sintesi e con atomi di idrogeno reattivi dopo esposizione ad acqua o etanolo.

"Il bordo terminato con potassio potrebbe essere facilmente sostituito con una specie diversa dall'idrogeno, " Dice Erickson. "Diverse sostanze chimiche potrebbero essere utilizzate per la tempra per impartire altre terminazioni, e, per di più, l'idrogeno potrebbe essere sostituito dopo l'estinzione utilizzando percorsi di funzionalizzazione del nitruro di boro consolidati, o escogitando nuovi percorsi unici per il bordo del nanonastro altamente reattivo".

Zettl e il suo gruppo di ricerca stanno ora studiando sintesi alternative utilizzando diversi precursori di nanotubi di nitruro di boro per aumentare le rese e migliorare il processo di purificazione. Stanno anche tentando di funzionalizzare i bordi dei loro nanonastri e stanno determinando se i vari stati dei bordi previsti per questi nanonastri possono essere studiati.

"Ciò di cui abbiamo davvero più bisogno in questo momento è una migliore fonte di nanotubi di nitruro di boro, " dice Zettl.