Spostati, silicio. In una svolta nella ricerca della prossima generazione di computer e materiali, i ricercatori della USC hanno risolto una sfida di vecchia data con i nanotubi di carbonio:come costruirli effettivamente con specifici, strutture atomiche prevedibili.
"Stiamo risolvendo un problema fondamentale del nanotubo di carbonio, " disse Chongwu Zhou, professore presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica Ming Hsieh presso la USC Viterbi School of Engineering e corrispondente autore dello studio pubblicato il 23 agosto sulla rivista Nano lettere . "Per essere in grado di controllare la struttura atomica, o chiralità, dei nanotubi è stato sostanzialmente il nostro sogno, un sogno nel campo dei nanotubi."
Se questa è un'era costruita sul silicio, poi il prossimo potrebbe essere costruito su nanotubi di carbonio, che hanno mostrato risultati promettenti in tutto, dall'ottica all'accumulo di energia ai touch screen. Non solo i nanotubi sono trasparenti, ma questa scoperta della ricerca su come controllare la struttura atomica dei nanotubi aprirà la strada a computer più piccoli, più veloci e più efficienti dal punto di vista energetico rispetto a quelli che dipendono dai transistor al silicio.
"Stiamo lavorando per aumentare il processo, " Zhou ha detto. "Il nostro metodo può rivoluzionare il campo e spingere in avanti in modo significativo le vere applicazioni dei nanotubi in molti campi".
Fino ad ora, gli scienziati non sono stati in grado di "coltivare" nanotubi di carbonio con attributi specifici, ad esempio metallici piuttosto che semiconduttori, invece di mescolarsi, lotti casuali e poi ordinandoli. Il processo di smistamento ha anche accorciato significativamente i nanotubi, rendendo il materiale meno pratico per molte applicazioni.
Da più di tre anni, il team dell'USC ha lavorato sull'idea di utilizzare questi brevi nanotubi selezionati come "semi" per far crescere nanotubi più lunghi, estendendoli ad alte temperature per ottenere la struttura atomica desiderata.
Un documento dell'anno scorso della stessa squadra in Comunicazioni sulla natura ha illustrato la tecnica, e nella corrente Nano lettere carta, i ricercatori riferiscono del loro ultimo grande successo:identificare le "ricette di crescita" per costruire nanotubi di carbonio con strutture atomiche specifiche.
"Identifichiamo i meccanismi necessari per l'amplificazione di massa dei nanotubi, ", ha affermato l'autore principale Jia Liu, uno studente di dottorato in chimica presso l'USC Dornsife College of Letters, Arti e Scienze, ricordando il momento in cui, solo in una stanza buia, finalmente vide i dati spettrali che supportavano il loro metodo. "Era il mio momento Eureka."
"Capire i comportamenti di crescita dei nanotubi ci consente di produrre quantità maggiori di nanotubi e di controllare meglio tale crescita, " ha continuato.
Ogni tipo definito di nanotubo di carbonio ha una frequenza alla quale si espande e si contrae. I ricercatori hanno dimostrato che i nanotubi appena cresciuti avevano la stessa struttura atomica abbinando la frequenza Raman.
"Questo è un campo molto eccitante, e questo era il problema più difficile, ", ha affermato l'autore principale Bilu Liu, un ricercatore associato post-dottorato presso la USC Viterbi School of Engineering. "Ho incontrato il professor Zhou [autore senior dell'articolo] a una conferenza e ha detto che voleva affrontare la sfida del controllo della struttura atomica dei nanotubi. Questo è ciò che mi ha portato nel suo laboratorio, perché è stata la sfida più grande".
Inoltre, lo studio ha scoperto che anche i nanotubi con strutture diverse si comportano in modo molto diverso durante la loro crescita, con alcune strutture di nanotubi che crescono più velocemente e altre che crescono più a lungo in determinate condizioni.
"In precedenza era molto difficile controllare la chiralità, o struttura atomica, di nanotubi, in particolare quando si utilizzano nanoparticelle metalliche, " Bilu Liu ha detto. "Le strutture possono sembrare abbastanza simili, ma le proprietà sono molto diverse. In questo articolo decodifichiamo la struttura atomica dei nanotubi e mostriamo come controllare con precisione quella struttura atomica".
