Несмотря на почти неразличимые размеры, одностенные углеродные нанотрубки бывают разных видов. Каждый из этих видов обладает собственной уникальной структурой и комбинацией электронных и оптических свойств. Описание структуры и свойств отдельных углеродных нанотрубок до сих пор было сопряжено с рядом сложностей. Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли при Министерстве энергетики США и Калифорнийского университета в Беркли разработали технологию, которая может использоваться для идентификации структуры отдельных углеродных нанотрубок и описания их электронных и оптических свойств в функциональном устройстве. «С помощью новой высококонтрастной поляризационной оптической микроскопии мы получили видео и провели спектроскопию отдельных углеродных нанотрубок на разных подложках и в функциональных устройствах», отметил физик Фень Вонг. „Впервые мы способны получить изображения и спектры каждой нанотрубки по отдельности в общей среде, что, несомненно, станет важнейшим инструментом для перспективной нанотехнологии“. Профессор Вонг — автор статьи, опубликованной в издании Nature Nanotechnology. Одностенные углеродные нанотрубки могут быть металлическими или полупроводниковыми, в зависимости от структуры. Полупроводниковые нанотрубки могут обладать совершенно разными электронными запрещенными зонами, что приводит к различным электронным и оптическим свойствам. «Чтобы полностью понять устройства с полевым эффектом или оптоэлектронные устройства, сделанные из одностенных углеродных нанотрубок, важно знать, какой вид углеродных нанотрубок используется в каждом случае», сказал Вонг. „Ранее подобные данные получить было невозможно, и исследователи могли лишь предполагать, что произойдет далее“. Физической структурой электронными свойствами каждой отдельной разновидности одностенных углеродных нанотрубок заведует хиральность. Это значит, что их структура может быть как левонаправленной, так и правонаправленной. В итоге достижение хирально-контролируемого роста углеродных нанотрубок и понимание физики хиральнозависимых устройств стали двумя основными проблемами в области исследования нанотрубок. «Поляризационная оптическая микроскопия и спектроскопия подходят для решения этих проблем, поскольку поляризованный свет весьма чувствителен к оптической анизотропии в системе и долгое время использовался для изучения хиральности в молекулах и кристаллах», отметил Вонг. „Однако слабый сигнал и неизбежный фон среды препятствовали использованию поляризованной оптической микроскопии для исследования отдельных углеродных нанотрубок“. Проблемы появились в результате очевидного противоречия в поляризационной оптической микроскопии. Для любого оптического микроскопа важным параметром всегда является объектив с большим значением апертуры, чтобы добиться высокого разрешения, однако поляризованный свет, проходящий через такой объектив, становится деполяризованным. С помощью новой технологии Вонг с коллегами сумели добиться того, что не удавалось никому прежде, одновременно достигнув высокой поляризации и высокого разрешения. «Ключевым для нашего успеха стало то, что излучением и накоплением света можно управлять отдельно», сказал Вонг. „Мы использовали объектив с большой апертурой для сбора света, чтобы получить высокое разрешение, и сумели создать объектив с эффективно малой апертурой для освещения, ради поддержания высокой частоты поляризации“. В своем устройстве Вонг с коллегами собрали рассеянный нанотрубками поляризованный свет с помощью объектива со значением апертуры 0,8. При этом для создания света они использовали значительно более узкий луч суперконтинуумного лазера и существенно меньшее значение апертуры. В итоге была получена поляризация на порядок величины выше, чем можно было добиться ранее с помощью обычной поляризационной микроскопии и наномасштабного разрешения. Это позволило ученым получить цельные хиральные облики сотен углеродных нанотрубок, и на месте провести мониторинг активных устройств с полевым эффектом. «Мы заметили, что оптические резонансы нанотрубок высокого порядка весьма расширены за счет электростатического легирования, неожиданного поведения, которое указывает на сильное межгрупповое рассеивание между электронами, доминирующее над ультрабыстрой динамикой возбужденных состояний углеродных нанотрубок», сообщил Вонг. Ученые отмечают, что новая технология может использоваться не только с углеродными нанотрубками, но и для значительного усиления оптического контраста других анизотропных наноразмерных материалов, которые нельзя увидеть в обычные оптические микроскопы. Это графеновые наноленты, полупроводниковые нанопровода и наностержни, а также нанобиоматериалы, такие как актиновые нити. 13.11.2013 |
Нано
ACS Applied Nano Materials: Наноструктуры Au-BiFeO3 сделают планету чище | |
Потребность в устойчивых и экологичн... |
Прорыв в нанотехнологиях поможет создать дисплей, дающий цвет в реальном времени | |
Разработана революционная технология, позволяю... |
Наноразмерное покрытие ускоряет работу катализаторов на основе наночастиц золота | |
Исследователи из Токийского столичного ун... |
ASC Nano: Ученые придумали, как свернуть нанолист в рулончик | |
Исследователи из Токийского столичного ун... |
Nature Materials: Новаторские нанополости раздвигают горизонты в удержании света | |
Команда европейских и израильских физиков... |
Nature: В нанотрубках обнаружена сверхэластичность, вызванная окислением | |
Окисление может ухудшить свойства и функц... |
Nano Letters: Вибрирующие нанопузырьки помогут усовершенствовать очистку воды | |
Новое исследование физики вибрирующих нанопузы... |
Nature Nanotechnology: Замена асбеста в строительстве оказалась не менее опасной | |
Патогенный потенциал вдыхания инертных волокни... |
Nano Letters: Уязвимость ГЭБ у пациентов с Альцгеймером используют для лечения | |
Нейродегенеративными заболеваниями, такими как... |
Nature Nanotechnology: Созданы новые пикопружины для биомедицинских нужд | |
Исследователи из Хемница, Дрездена и ... |
Electrochemistry Communications: Из нанопагод ZnO разработан фотоэлектрод | |
Исследовательская группа, состоящая из со... |
LS&A: Исследователи усилили передачу сигнала в перовскитовых нанолистах | |
Перовскитовые материалы по-прежнему вызывают б... |
Nano Today: Революционные нанодроны делают возможным таргетное лечение рака | |
Новаторское исследование, проведенное под ... |
Создан нанокатализатор для преодоления ограничений технологии электролиза воды | |
Зеленый водород можно получить с помощью ... |
Nature Communications: В модельном организме ученые нашли наноструктуры | |
У всех представителей животного царства есть ж... |
PNAS: Ученые применили нанотехнологии для понимания поведения опухолей | |
Исследование, проведенное докторантом Пабло С.... |
Small: Форма пропеллера поможет обуздать движение наночастиц | |
Самодвижущиеся наночастицы потенциально могут ... |
Создан наноматериал, безопасно удаляющий прекурсоры мелкодисперсной пыли | |
За последнее десятилетие состояние мелкодиспер... |
Science Advances: Нанопластики способствуют развитию болезни Паркинсона | |
Нанопластики взаимодействуют с особым бел... |
Nature Materials: Из наночастиц и ДНК ученые собрали квазикристалл | |
Наноинженеры создали квазикристалл &mdash... |
Наночастицы Plug and play могут упростить борьбу с разными биологическими целями | |
Инженеры Калифорнийского университета в С... |
Physical Review Fluids: Волновую механику применили в нанометровом масштабе | |
Исследователи показали, что принципы рабо... |
Из нанотрубок убрали углерод, и их стало намного больше | |
Исследователи из Tokyo Metropolitan Unive... |
Cочетание 2d материалов приводит к созданию структур с удивительными свойствами | |
Создание новых материалов путем комбинирования... |
Исследователи создали нанопленку, укрощающую огонь | |
Высокотемпературное пламя используется для&nbs... |
Квантовые стержни открывают трехмерную глубину изображений виртуальной реальности | |
Телевизоры с плоским экраном, в кото... |
Физики представили новую технологию изготовления графеновых устройств | |
Думаете, что знаете о материале все?... |
Ученые разработали нанотатуировки для наблюдения за клетками | |
Инженеры разработали наноразмерные татуировки&... |
Ученые обнаружили нанороботов в живой ткани | |
Самое удивительное, что они там, каж... |
Разработан простой и эффективный способ контроля структур методом двухфотонной литографии | |
Новый способ контроля наноразмерного производс... |