I nanotubi di carbonio destinati all'elettronica non solo devono essere il più puliti possibile per massimizzare la loro utilità nei dispositivi su scala nanometrica di prossima generazione, ma gli effetti di contatto possono limitare le dimensioni di un nano dispositivo, secondo i ricercatori dell'Energy Safety Research Institute (ESRI) della Swansea University in collaborazione con i ricercatori della Rice University.

Il direttore dell'ESRI Andrew Barron, anche professore alla Rice University negli USA, e il suo team hanno scoperto come ottenere nanotubi abbastanza puliti da ottenere misurazioni elettroniche riproducibili e nel processo non solo hanno spiegato perché le proprietà elettriche dei nanotubi sono state storicamente così difficili da misurare in modo coerente, ma hanno dimostrato che potrebbe esserci un limite al modo in cui i futuri dispositivi elettronici "nano" possono utilizzare i nanotubi di carbonio.

Come qualsiasi filo normale, i nanotubi semiconduttori sono progressivamente più resistenti alla corrente lungo la loro lunghezza. Ma le misurazioni della conducibilità dei nanotubi nel corso degli anni sono state tutt'altro che coerenti. Il team ESRI voleva sapere perché.

"Siamo interessati alla creazione di conduttori a base di nanotubi, e mentre le persone sono state in grado di realizzare i cavi, la loro conduzione non ha soddisfatto le aspettative. Eravamo interessati a determinare l'applique di base dietro la variabilità osservata da altri ricercatori".

Hanno scoperto che i contaminanti difficili da rimuovere, il catalizzatore di ferro residuo, carbonio e acqua:potrebbero facilmente alterare i risultati dei test di conduttività. bruciandoli via, Barron ha detto, crea nuove possibilità per i nanotubi di carbonio nell'elettronica su scala nanometrica.

Il nuovo studio appare sulla rivista American Chemical Society Nano lettere .

I ricercatori hanno prima realizzato nanotubi di carbonio a parete multipla tra 40 e 200 nanometri di diametro e lunghi fino a 30 micron. Quindi hanno riscaldato i nanotubi nel vuoto o li hanno bombardati con ioni di argon per pulire le loro superfici.

Hanno testato i singoli nanotubi nello stesso modo in cui si proverebbe qualsiasi conduttore elettrico:toccandoli con due sonde per vedere quanta corrente passa attraverso il materiale da una punta all'altra. In questo caso, le loro sonde di tungsteno erano attaccate a un microscopio a effetto tunnel.

Nei nanotubi puliti, la resistenza diventava progressivamente più forte all'aumentare della distanza, come dovrebbe. Ma i risultati sono stati distorti quando le sonde hanno incontrato contaminanti superficiali, che ha aumentato l'intensità del campo elettrico sulla punta. E quando le misurazioni sono state effettuate entro 4 micron l'una dall'altra, regioni di conducibilità esaurita causate da contaminanti sovrapposte, rimescolando ulteriormente i risultati.

"Pensiamo che questo sia il motivo per cui c'è una tale incoerenza nella letteratura, " disse Barrone.

"Se i nanotubi devono essere il conduttore leggero di prossima generazione, quindi risultati coerenti, da lotto a lotto, e da campione a campione, è necessario per dispositivi come motori e generatori, nonché sistemi di alimentazione".

La ricottura dei nanotubi nel vuoto sopra i 200 gradi Celsius (392 gradi Fahrenheit) ha ridotto la contaminazione superficiale, ma non abbastanza per eliminare risultati inconsistenti, hanno trovato. Il bombardamento di ioni di argon ha anche pulito i tubi, ma ha portato ad un aumento dei difetti che degradano la conduttività.

Alla fine hanno scoperto che i nanotubi di ricottura sotto vuoto a 500 gradi Celsius (932 Fahrenheit) hanno ridotto la contaminazione abbastanza da misurare con precisione la resistenza, hanno riferito.

Per ora, Barron ha detto, gli ingegneri che utilizzano fibre o pellicole di nanotubi nei dispositivi modificano il materiale mediante drogaggio o altri mezzi per ottenere le proprietà conduttive di cui hanno bisogno. Ma se i nanotubi di origine sono sufficientemente decontaminati, dovrebbero essere in grado di ottenere la giusta conduttività semplicemente mettendo i loro contatti nel posto giusto.

"Un risultato chiave del nostro lavoro è stato che se i contatti su un nanotubo sono distanti meno di 1 micron, le proprietà elettroniche del nanotubo cambiano da conduttore a semiconduttore, a causa della presenza di zone di esaurimento sovrapposte", ha detto Barron, "questo ha un potenziale fattore limitante sulla dimensione dei dispositivi elettronici basati su nanotubi - questo limiterebbe l'applicazione della legge di Moore ai dispositivi a nanotubi".