Инженерное дело на атомном уровне

Поскольку устройства продолжают создаваться во все более мелком масштабе, ученые ищут способы разработки материалов на атомном уровне. В прорыве, который будет способствовать этому, опубликован в Nature Communications, исследователи из кластера новаторских исследований RIKEN и Центра перспективной фотоники RIKEN вместе с сотрудниками разработали способ использования «техники сухого переноса» — техники, в которой не используется растворитель — для размещения углеродных нанотрубок оптического качества в точный способ.

Углеродные нанотрубки являются многообещающим типом материалов, которые могут использоваться в таких областях, как светоизлучающие диоды, одноэлектронные транзисторы или в качестве источников одиночных фотонов. По сути, они представляют собой трубки, состоящие из графена, скрученного определенным образом, и способ, которым они скручены, имеет решающее значение для проявления желаемых свойств. Создание устройств с желаемыми свойствами требует точного манипулирования положением и ориентацией нанотрубок, а также свойства, известного как «хиральность», которое, по сути, описывает, насколько они скручены. Однако точно манипулировать молекулами сложно, поскольку использование растворителей или высокотемпературная обработка неизбежно загрязняют нанотрубки, снижая их оптические характеристики.

Чтобы решить эту проблему, исследователи искали способ создания нанотрубок без использования растворителей. Они экспериментировали с использованием антрацена, химического вещества, полученного из масла, в качестве жертвенного материала. По сути, они подняли нанотрубку на антраценовом каркасе, чтобы нести ее куда захотят, а затем использовали тепло для сублимации антрацена, оставив нанотрубку в оптически безупречном состоянии. Они также разработали метод мониторинга фотолюминесценции нанотрубок во время переноса, гарантируя, что нанотрубка с желаемыми оптическими свойствами будет размещена в нужном месте.

Группа подтвердила, что после сухого переноса оставшиеся нанотрубки обладают яркой фотолюминесценцией, до 5000 раз ярче, чем исходная молекула, что делает их идеальными для оптических устройств. Кроме того, группа смогла точно разместить нанотрубку на вершине наноразмерного оптического резонатора, улучшив свойства излучения света.

По словам Кейго Оцука из RIKEN Cluster for Pioneering Research, первого автора статьи: «Мы считаем, что эта технология может способствовать не только созданию наноустройств из углеродных нанотрубок с желаемыми свойствами, но и созданию устройств более высокого порядка. системы, основанные на свободном сочетании материалов атомных слоев и других наноструктур ».

«Помимо этого, — говорит руководитель группы Юичиро Като, — эта технология может внести свой вклад в развитие атомно-определяемых технологий, выходящих за рамки нанотехнологий, в которых материалы с точной структурой на атомном уровне используются в качестве строительных блоков. для разработки и создания функций, отличных от функций существующих материалов «.