Un nanotubo podría ser excelente para aplicaciones electrónicas, pero hay nuevas pruebas de que dos podrían ser los mejores.
Los ingenieros de la Universidad de Rice ya sabían que el tamaño importa cuando se usan nanotubos de carbono de pared simple para sus propiedades eléctricas. Pero hasta ahora, nadie había estudiado cómo actúan los electrones cuando se enfrentan con la estructura rusa de tubos de paredes múltiples como una muñeca rusa.
El teórico del laboratorio de materiales de Rice, Boris Yakobson, ahora ha calculado el impacto de la curvatura de los nanotubos de carbono de doble pared semiconductores en su voltaje flexoeléctrico, una medida del desequilibrio eléctrico entre las paredes interna y externa del nanotubo.
Esto afecta cuán adecuados pueden ser los pares de nanotubos anidados para aplicaciones de nanoelectrónica, especialmente fotovoltaica.
La investigación teórica del grupo Brown School of Engineering de Yakobson aparece en la revista American Chemical Society Nano letras .
En un estudio de 2002, Yakobson y sus colegas de Rice revelaron cómo la transferencia de carga, la diferencia entre los polos positivo y negativo que permite que exista voltaje entre uno y otro, se escala linealmente a la curvatura de la pared del nanotubo.el tubo dicta la curvatura, y el laboratorio descubrió que cuanto más delgado es el nanotubo y, por lo tanto, mayor es la curvatura, mayor es el voltaje potencial.
Yakobson dijo que cuando los átomos de carbono forman grafeno plano, la densidad de carga de los átomos a cada lado del avión es idéntica. Curvar la lámina de grafeno en un tubo rompe esa simetría, cambiando el equilibrio.
De acuerdo con los investigadores, quienes crearon un dipolo local flexoeléctrico en la dirección y proporcional a la curvatura, señalaron que la flexoelectricidad del carbono 2D "es un efecto notable pero también bastante sutil".
Pero más de una pared complica enormemente el equilibrio, alterando la distribución de electrones. En los nanotubos de doble pared, la curvatura de los tubos interior y exterior difiere, lo que da a cada uno un intervalo de banda distinto. Además, los modelos mostraron el voltaje flexoeléctrico dela pared externa desplaza el espacio de banda de la pared interna, creando una alineación de banda escalonada en el sistema anidado.
"La novedad es que el tubo insertado, el 'bebé' interior matryoshka ha cambiado todos sus niveles de energía cuántica debido al voltaje creado por el nanotubo exterior", dijo Yakobson. La interacción de diferentes curvaturas, dijo, causauna transición de brecha de banda escalonada a escalonada que tiene lugar en un diámetro crítico estimado de aproximadamente 2.4 nanómetros.
"Esta es una gran ventaja para las células solares, esencialmente un requisito previo para separar las cargas positivas y negativas para crear una corriente", dijo Yakobson. "Cuando se absorbe la luz, un electrón siempre salta desde la parte superior de una banda de valencia ocupada dejandoun agujero 'más' detrás al estado más bajo de la banda de conductancia vacía.
"Pero en una configuración escalonada están en diferentes tubos o capas", dijo. "El 'más' y el 'menos' se separan entre los tubos y pueden fluir al generar corriente en un circuito".
Los cálculos del equipo también mostraron que modificar las superficies de los nanotubos con átomos positivos o negativos podría crear "voltajes sustanciales de cualquier signo" hasta tres voltios ". Aunque la funcionalización podría perturbar fuertemente las propiedades electrónicas de los nanotubos, puede ser muyforma poderosa de inducir voltaje para ciertas aplicaciones ", escribieron los investigadores.
El equipo sugirió que sus hallazgos pueden aplicarse a otros tipos de nanotubos, incluidos nitruro de boro y disulfuro de molibdeno, solos o como híbridos con nanotubos de carbono.
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Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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