Il loro lavoro è pubblicato sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences .

Scoperti per la prima volta all'inizio degli anni '90, i nanotubi di carbonio sono costituiti da singoli fogli di atomi di carbonio arrotolati come una cannuccia.

Il carbonio non è esattamente un materiale nuovo. Tutta la vita sulla Terra è basata sul carbonio. È la stessa sostanza che si trova nei diamanti, nel carbone e nella mina delle matite. Ciò che rende speciali i nanotubi di carbonio sono le loro straordinarie proprietà. Questi minuscoli cilindri sono più resistenti dell'acciaio, eppure così sottili che 50.000 di essi equivarrebbero allo spessore di un capello umano.

Sono anche straordinariamente bravi a condurre elettricità e calore, motivo per cui, nella spinta verso un'elettronica più veloce, più piccola e più efficiente, i nanotubi di carbonio sono stati a lungo pubblicizzati come potenziali sostituti del silicio.

Ma produrre nanotubi con proprietà specifiche è una sfida.

A seconda di come sono arrotolati, alcuni nanotubi sono considerati metallici, il che significa che gli elettroni possono fluire attraverso di essi a qualsiasi energia. Il problema è che non possono essere spenti. Ciò ne limita l'uso nell'elettronica digitale, che utilizza segnali elettrici accesi o spenti per memorizzare stati binari; proprio come i transistor semiconduttori in silicio commutano tra 0 e 1 bit per eseguire calcoli.

Il professore di chimica della Duke Michael Therien e il suo team affermano di aver trovato un modo per aggirare questo problema. L'approccio prende un nanotubo metallico, che lascia sempre passare la corrente, e lo trasforma in una forma semiconduttrice che può essere accesa e spenta.

Il segreto sta in speciali polimeri - sostanze le cui molecole sono legate insieme in lunghe catene - che si avvolgono attorno al nanotubo in una spirale ordinata, "come avvolgere un nastro attorno a una matita", ha detto il primo autore Francesco Mastrocinque, che ha conseguito il dottorato in chimica. . nel laboratorio di Therien alla Duke.

L’effetto è reversibile, hanno scoperto. Avvolgendo il nanotubo in un polimero si modificano le sue proprietà elettroniche da conduttore a semiconduttore. Ma se il nanotubo viene scartato, ritorna al suo stato metallico originale.

I ricercatori hanno anche dimostrato che, modificando il tipo di polimero che circonda un nanotubo, potrebbero progettare nuovi tipi di nanotubi semiconduttori. Possono condurre elettricità, ma solo quando viene applicata la giusta quantità di energia esterna.

"Questo metodo fornisce un nuovo strumento sottile", ha detto Therien. "Ti permette di realizzare un semiconduttore in base alla progettazione."

Le applicazioni pratiche del metodo sono probabilmente lontane. "Siamo molto lontani dal realizzare dispositivi", ha aggiunto Therien.

Mastrocinque e i suoi coautori affermano che il lavoro è importante perché è un modo per progettare semiconduttori in grado di condurre elettricità quando colpiti dalla luce di determinate lunghezze d'onda a bassa energia che sono comuni ma invisibili agli occhi umani.

In futuro, ad esempio, il lavoro del team della Duke potrebbe aiutare altri a progettare nanotubi che rilevano il calore rilasciato come radiazione infrarossa, per rivelare persone o veicoli nascosti nell'ombra. Quando la luce infrarossa, come quella emessa dagli animali a sangue caldo, colpisce uno di questi ibridi nanotubi-polimeri, genera un segnale elettrico.

Oppure prendiamo le celle solari:questa tecnica potrebbe essere utilizzata per realizzare semiconduttori nanotubi che convertono una gamma più ampia di lunghezze d'onda in elettricità, per sfruttare una maggiore quantità di energia solare.

A causa dell'involucro a spirale sulla superficie dei nanotubi, queste strutture potrebbero anche essere materiali ideali per nuove forme di calcolo e archiviazione di dati che utilizzano gli spin degli elettroni, oltre alla loro carica, per elaborare e trasportare informazioni.