Specjalny mikroskop rejestruje wady nanorurek

Chemicy z Uniwersytetu w Oregon opracowali sposób, w jaki można zobaczyć wewnętrzne struktury fal elektronicznych uwięzionych w nanorurkach węglowych przez zewnętrzne ładunki elektrostatyczne. Nanorurki węglowe to wyjątkowe materiały o unikalnych właściwościach, pozwalających na bardzo efektywny transport ładunku i energii. Mogą być wykorzystane do konstruowania  nowych, bardziej wydajnych typów urządzeń elektronicznych i fotowoltaicznych. Jednak pułapki elektronowe  lub wady  w ultra-cienkich nanorurkach mogą wpłynąć na ich skuteczność.

Specjalny mikroskop rejestruje wady nanorurek

Rys.1 Nanorurka węglowa

Przy użyciu specjalnie zbudowanego mikroskopu, zdolnego do uzyskiwania obrazu w skali atomowej, naukowcy byli w stanie wyobrazić sobie struktury w nanorurkach, które mogą mieć negatywny wpływ na przepływ elektronów i podstawowych pakietów energetycznych zwanych ekscytonami.

Badanie, powiedział George V. Nazin, profesor chemii fizycznej, wzorowane było na zjawisku jakie często obserwuje się w urządzeniach elektronicznych opartych o nanorurki węglowe, gdzie pułapki elektroniczne są indukowane przez stochastyczne obciążenia zewnętrzne w bezpośrednim sąsiedztwie nanorurek. Przyciąganie ładunków zewnętrznych i pułapek elektronowych rozprzestrzeniane jest wzdłuż nanorurek.

„Nasza wizualizacja powinna być przydatna do opracowania dokładniejszego obrazu propagacji elektronów przez nanorurki w rzeczywistych aplikacjach, gdzie nanorurki są narażone na zewnętrzne perturbacje, które potencjalnie mogą prowadzić do powstawania pułapek,” stwierdził.

Badania, opisane w Journal of Physical Chemistry Letters [1], zostały wykonane w ultra-wysokiej próżni skaningowego mikroskopu tunelowego, sprzężonego z kriostatem w zamkniętym cyklu. Było to nowe urządzenie zbudowane do użytku w laboratorium George’a  V. Nazin’a. Kriostat pozwolił Nazinowi i jego współautorom-  Dmitrij A. Kislitsyn i Jason D. Hackle – obniżyć temperaturę do 20 Kelvinów i zamrozić cały ruch w skali nano, a także uzyskać wizualizację wewnętrznych struktur obiektów w skali nano.

Urządzenie stworzyło wewnętrzną strukturę fal elektronicznych, uwięzionych w nanorurkach, długości zaledwie kilka nanometrów, zawieszonych powyżej atomowo płaskiej powierzchni złota. Do określenia właściwości fal transmisji elektronów w znacznym stopniu przyczyniły się pułapki elektronowe. Rozproszone elektrony musiały być w rezonansie lokalnych fal by uzyskać skuteczny przekaz elektroniczny.

„O dziwo, przez dokładne dostrojenie energii rozproszenia elektronów, okazało się, że oprócz tych kanałów transmisji rezonansowych, możliwe są również inne rezonanse „, dodał Nazin. „Te nowe kanały transmisji odpowiadają rezonansowi ‚wibronowemu’, gdzie fale elektroniczne pobudzają drgania atomów węgla tworzących pułapkę elektronową.”

Mikroskop użyty przez zespół został szczegółowo opisany w osobnym artykule czasopisma Review of Scientific Instruments[2] 7 października. Narodowa Fundacja Nauki  (dotacja DMR-0960211) oraz dotacja z Instytutu Nanonauki i Mikrotechnologii  (Onami) poparli budowę mikroskopu stosowanego  w projekcie.

  1. Dmitry A. Kislitsyn, Jason D. Hackley, George V. Nazin. Vibrational Excitation in Electron Transport through Carbon Nanotube Quantum Dots. The Journal of Physical Chemistry Letters, 2014; 5 (18): 3138 DOI: 10.1021/jz5015967
  2. Jason D. Hackley, Dmitry A. Kislitsyn, Daniel K. Beaman, Stefan Ulrich, George V. Nazin. High-stability cryogenic scanning tunneling microscope based on a closed-cycle cryostat. Review of Scientific Instruments, 2014; 85 (10): 103704 DOI: 10.1063/1.4897139
  3. http://www.sciencedaily.com/releases/2014/10/141021162251.htm

Opracowała: Anna Marczewska

Korekta: Julia Szpakowska

Bookmark the permalink.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *


*