Нанотехнология. Нанотрубки.
 
Начало  Легенды  Человек Крионика Генетика Клонирование Эликсир Нанотехнологии Путь

Углерод входит в состав многих биологических структур, и он же служит материалом для нанообъектов (фуллеренов, нанотрубок). В 1997 г. группа исследователей во главе с С.Тансом (S.J.Tans; Дельфтский технологический университет, Нидерланды) показали, что при низкой температуре углеродная нанотрубка при наложении электрического поля может быть переведена из металлического состояния в диэлектрическое. Тем самым открылась потенциальная возможность использования нанотрубок как активных элементов для наноэлектроники, однако необходимость глубокого охлаждения ставила значительное препятствие на пути практической реализации полупроводниковых свойств единичных трубок.

Недавно той же группе физиков удалось продемонстрировать уже при комнатной температуре способность углеродной нанотрубки служить каналом полевого транзистора. На кремниевой подложке, покрытой изолирующим оксидным слоем толщиной 300 нм, формировали параллельные платиновые полоски шириной по 200 нм, разнесенные на расстояние около 600 нм между их осями. Нанотрубку диаметром 1.4 нм и длиной около 1 мкм укладывали поверх полос так, чтобы она перемыкала две или три Pt-полоски, образуя с ними туннельные контакты. Это позволяло носителям заряда (дырки - в углеродной нанотрубке) участвовать в создании тока между соседними Pt-электродами, служащими истоком и стоком в полученном таким способом полевом транзисторе с изолированным затвором, роль которого играла Si-подложка.

Детальные измерения вольт-амперных характеристик (ВАХ) в такой системе, проведенные при комнатной температуре с более чем 20 нанотрубками, выявили, помимо металлического поведения у ряда трубок (с линейной зависимостью тока между истоком и стоком и отсутствием зависимости от напряжения затвора V_G).

В системах с такими нанотрубками ВАХ оказываются сильно асимметричными. Анализ показывает, что свойства углеродной нанотрубки качественно описываются стандартной полуклассической зонной моделью с шириной запрещенной зоны 0.6 эВ.

В описанном опыте транзистор имел коэффициент усиления по напряжению не более 0.35, однако его нетрудно повысить, сделав больше единицы, за счет уменьшения толщины оксидного слоя с 300 до 5 нм. Максимальную частоту устройства оценивают в 10 ТГц. Полагают, что в будущем с помощью технологии молекулярной сборки2 удастся получать интегральные схемы на основе нанотрубок.

Недавно сотрудники Технологического института штата Джорджия (Атланта, США) под руководством В.де Хиира (V.de Heer) провели цикл исследований электромеханических свойств нанотрубок.

К углеродному волокну, “сплетенному” из нанотрубок, присоединяли золотую проволоку. Всю конструкцию крепили на специальном держателе и располагали на расстоянии 5—20 мкм от внешнего электрода. Подача переменного напряжения между проволокой и электродом заставляла нанотрубку вибрировать. Контролировали ее поведение электронным микроскопом. Это позволяло, по словам Хиира, наблюдать трубку и манипулировать ею как обычным предметом на рабочем столе.

На частотах от сотен кГц до единиц МГц трубки начинали резонировать, причем линии механического резонанса у всех трубок были очень узкими и строго индивидуальными в зависимости от их толщины, длины, плотности и упругих свойств. Это позволяло исследовать трубки независимо друг от друга.

Наиболее важным механическим свойством нанотрубок оказалась их аномальная упругость: высокие значения изгибной жесткости в очень большом диапазоне деформаций. При подаче постоянного напряжения между электродами и проволочкой трубки сгибались под углом до 90°, но полностью восстанавливали свою форму после снятия напряжения.

Было установлено также, что коэффициент упругости материала, формирующего стенку нанотрубки, зависит от ее диаметра, что кардинально отличает этот материал от всех известных, коэффициент упругости которых не связан с их геометрическими размерами.

Одним из результатов проведенного исследования стало практическое использование выдающихся свойств нанотрубок для измерения массы частиц крайне малых размеров. При размещении взвешиваемой частицы на конце нанотрубки резонансная частота уменьшается. Если нанотрубка калибрована (т.е. известна ее упругость), можно по смещению резонансной частоты определить массу частицы.

На рисунке показан уникальный кадр, иллюстрирующий процедуру взвешивания частицы, масса которой оказалась равной 22 фемтограммам (1 фг = 1•10^–15 г). Резонансная частота данной нанотрубки 3.28 МГц упала под нагрузкой до 968 кГц. Независимая оценка массы частицы (исходя из ее объема и плотности) дала величину, близкую к 30 фг.

Более точных методов измерения массы предельно малых объектов, чем нановесы, пока еще нет. Исследователи полагают, что таким образом можно взвешивать вирусы, помещая их на кончике нанотрубки.

Если Вам интересны основы нанотехнологии и нанотрубки подробности рекомендую посмотреть здесь.

Начало Путь в бессмертие Легенды  Человек Крионика Генетика Клонирование Эликсир Жизни Нанотехнологии