I chimici dell'Università dell'Oregon hanno escogitato un modo per vedere le strutture interne delle onde elettroniche intrappolate nei nanotubi di carbonio da cariche elettrostatiche esterne.

I nanotubi di carbonio sono stati pubblicizzati come materiali eccezionali con proprietà uniche che consentono un trasporto estremamente efficiente di carica e energia, con il potenziale per aprire la strada a nuovi, tipi più efficienti di dispositivi elettronici e fotovoltaici. Però, queste trappole, o difetti, in nanotubi ultrasottili possono comprometterne l'efficacia.

Utilizzando un microscopio appositamente costruito in grado di visualizzare la materia su scala atomica, i ricercatori sono stati in grado di visualizzare trappole, che possono influenzare negativamente il flusso di elettroni e pacchetti di energia elementare chiamati eccitoni.

Lo studio, disse Giorgio V. Nazin, professore di chimica fisica, modellato il comportamento spesso osservato nei dispositivi elettronici basati su nanotubi di carbonio, dove le trappole elettroniche sono indotte da cariche stocastiche esterne nelle immediate vicinanze dei nanotubi. Le cariche esterne attraggono e intrappolano gli elettroni che si propagano attraverso i nanotubi.

"La nostra visualizzazione dovrebbe essere utile per lo sviluppo di un'immagine più accurata della propagazione degli elettroni attraverso i nanotubi nelle applicazioni del mondo reale, dove i nanotubi sono sempre soggetti a perturbazioni esterne che potenzialmente possono portare alla creazione di queste trappole, " Egli ha detto.

La ricerca, dettagliato in un documento nel Journal of Physical Chemistry Letters , è stato fatto con un microscopio a scansione a effetto tunnel ad altissimo vuoto accoppiato a un criostato a ciclo chiuso, un nuovo dispositivo costruito per l'uso nel laboratorio di Nazin. Il criostato ha permesso a Nazin e ai suoi coautori Dmitry A. Kislitsyn e Jason D. Hackley, entrambi dottorandi, per abbassare la temperatura a 20 Kelvin per congelare tutto il movimento su scala nanometrica, e visualizzare le strutture interne di oggetti su scala nanometrica.

Il dispositivo ha catturato la struttura interna delle onde elettroniche intrappolate in brevi sezioni, solo alcuni nanometri di lunghezza, di nanotubi parzialmente sospesi sopra una superficie d'oro atomicamente piatta. Le proprietà delle onde, in larga misura, Nazin ha detto, determinare la trasmissione di elettroni attraverso tali trappole elettroniche. Gli elettroni che si propagano devono essere in risonanza con le onde localizzate affinché avvenga una trasmissione elettronica efficiente.

"Incredibilmente, sintonizzando finemente le energie degli elettroni in propagazione, l'abbiamo trovato, oltre a questi canali di trasmissione di risonanza, sono possibili anche altre risonanze, con energie corrispondenti a quelle delle vibrazioni specifiche nei nanotubi di carbonio, " ha detto. "Questi nuovi canali di trasmissione corrispondono a risonanze 'vibroniche', dove le onde elettroniche intrappolate eccitano le vibrazioni degli atomi di carbonio che formano la trappola elettronica."

Il microscopio utilizzato dal team è dettagliato separatamente in un documento disponibile gratuitamente (microscopio a scansione tunnel criogenico ad alta stabilità basato su un criostato a ciclo chiuso) pubblicato online il 7 ottobre dalla rivista Rassegna di strumenti scientifici .