Исследователи из Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» проанализировали, как меняются свойства нанотрубок, заполненных фуллеренами (округлыми «мячами» из атомов углерода) при растяжении. Такие «начиненные» трубки также известны как «углеродный горох». Даже небольшое растяжение превращало в плане проводимости такой «горох» в металл, хотя обычно подобные нанотрубки — полупроводники. Новые результаты помогут в создании наноэлектроники следующего поколения. Соответствующая статья опубликована в Diamond and Related Materials.
Материалы с проводимостью полупроводников имеют свойства изоляторов, однако в определенных условиях могут переключаться в состояние проводимости. Металлы, напротив, обычно являются хорошими проводниками в нормальных условиях, пока температура не повысится на как минимум десятки градусов. Эти свойства обусловлены наличием свободных электронов, которые могут двигаться под действием электрического поля.
За последние три десятилетия было синтезировано множество новых углеродных материалов, в том числе — нанотрубка, заполненная фуллеренами. Из-за внешнего сходства со стручком, набитым горошинами, ее прозвали «углеродным горохом». Новая работа показывает, что «углеродный горох» можно использовать и как полупроводник, и как металл. Достаточно растянуть его всего на четыре процента от изначальной длины «стручка», чтобы проявились металлические свойства. Высокая упругость «углеродного гороха» позволяет ему легко переносить такие растяжения без снижения прочности.
Расстояние между «мячами» -фуллеренами и поверхностью нанотрубки так мало, что электронные облака могут проникать из нанотрубки в фуллерены и обратно. Данное свойство может в большой мере определить возможности электронных приборов будущего, которые можно изготовить на базе «углеродного гороха».
Новое открытие чрезвычайно важно потому, что во множестве электронных устройств используется металл — в качестве проводника, по которому на устройство и с устройства приходит и уходит ток, — и полупроводник — в качестве материала с переключаемой проводимостью, у которого непроводящее состояние соответствует «нулю», а проводящее — «единице». Данные, экспериментально полученные учеными НИЯУ «МИФИ» показывают, что в ряде случаев оба типа материалов можно заменить одним-единственным — «углеродным горохом», переключая его из одного состояния в другое за счет механических воздействий. Это позволит упростить устройство будущих резонансно-туннельных диодов, генераторов терагерцового излучения, электронных переключателей и сенсоров.
Следует отметить, что статья касается лишь компьютерного моделирования свойств «углеродного гороха», и, соответственно, ее выводы требует дальнейшего экспериментального подтверждения. Кроме того, описанные выше свойства будет иметь только «углеродный горох» содержащий фуллерен С36 — довольно редкая и, на сегодня, достаточно трудно получаемая его модификация. В ней «мяч» молекулы фуллерена включает 36 атомов углерода, а не 60, как у наиболее доступного и простого в получении фуллерена С60. Важно учесть, что «углеродный горох» на фуллерене С60 таких свойств в моделировании не показал.