p (PhysOrg.com) - Para celebridades de Hollywood, o termo "splitsville" geralmente significa "verifique seu acordo pré-nupcial". Para cientistas que desejam produzir em massa nanofitas de alta qualidade a partir de nanotubos de nitreto de boro, "splitsville" pode significar "felizes para sempre". p Cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) e da Universidade da Califórnia (UC) Berkeley, trabalhando com cientistas da Rice University, desenvolveram uma técnica em que nanotubos de nitreto de boro são recheados com átomos de potássio até que os tubos se abram ao longo de uma costura longitudinal. Isso cria nanofitas de nitreto de boro sem defeitos de comprimento e espessura uniformes. Nanofitas de nitreto de boro são projetadas para exibir uma variedade de propriedades magnéticas e eletrônicas intrigantes que possuem um enorme potencial para dispositivos futuros.

p As nanofitas são cristais individuais bidimensionais (significando apenas um único átomo de espessura) que podem medir vários mícrons de comprimento, mas apenas algumas centenas ou menos de nanômetros de largura. Nanofitas de grafeno, que são feitos de carbono puro, carregam elétrons em velocidades muito mais rápidas do que o silício, e pode ser usado para cobrir áreas amplas e uma ampla variedade de formas. As nanofitas de nitreto de boro oferecem vantagens semelhantes, além de uma variedade adicional de eletrônicos, propriedades ópticas e magnéticas.

p "Tem havido uma quantidade significativa de trabalho teórico indicando que, dependendo das bordas da fita, nanofitas de nitreto de boro podem exibir ferromagnetismo ou anti-ferromagnetismo, bem como transporte polarizado por spin que é metálico ou semicondutor, "diz o físico Alex Zettl, um dos principais pesquisadores do mundo em sistemas e dispositivos em nanoescala, que tem compromissos conjuntos com a Divisão de Ciências de Materiais do Berkeley Lab (MSD) e com o Departamento de Física da UC Berkeley, onde é diretor do Centro de Sistemas Nanomecânicos Integrados (COINS).

p "As propriedades únicas das nanofitas de nitreto de boro são de grande interesse científico fundamental e também têm implicações para aplicações em tecnologias que incluem spintrônica e optoeletrônica, "Zettl diz." No entanto, o fácil, a síntese escalonável de nanofitas de nitreto de boro de alta qualidade tem sido um desafio significativo. "

p Zettl e membros de seu grupo de pesquisa enfrentaram esse desafio usando o processo químico conhecido como "intercalação, "em que átomos ou moléculas de um tipo são inseridos entre átomos e moléculas de outro tipo. James Tour da Rice University e seu grupo de pesquisa demonstraram que a intercalação de átomos de potássio em nanotubos de carbono promove uma divisão longitudinal dos tubos. Isso levou Zettl e Tour para colaborar em um estudo que usou a mesma abordagem em nanotubos de nitreto de boro, que são muito semelhantes em estrutura aos nanotubos feitos de carbono.

p Zettl e Tour relataram os resultados deste estudo no jornal Nano Letras . O artigo foi intitulado "Divisão longitudinal de nanotubos de nitreto de boro para a síntese fácil de nanofitas de nitreto de boro de alta qualidade." Os co-autores do artigo foram Kris Erickson, Ashley Gibb, Michael Rousseas e Nasim Alem, que são todos membros do grupo de pesquisa de Zettl, e Alexander Sinitskii, membro do grupo de pesquisa do Tour.

p "O mecanismo provável para a divisão dos nanotubos de nitreto de carbono e de boro é que as ilhas de potássio crescem a partir de um ponto inicial de intercalação, "Diz Zettl." O crescimento da ilha continua até que uma tensão circunferencial suficiente resulte na quebra das ligações químicas do nanotubo intercalado. O potássio então começa a se ligar à borda nua da fita, induzindo mais divisão. "

p Esta técnica de síntese produz nanofitas de nitreto de boro de larguras uniformes que podem ser tão estreitas quanto 20 nanômetros. As fitas também têm pelo menos um mícron de comprimento, com defeitos mínimos dentro do plano ou ao longo das bordas. Zettl diz que a alta qualidade das bordas aponta para que o processo de divisão seja ordenado em vez de aleatório. Essa ordem poderia explicar por que uma alta proporção das nanofitas de nitreto de boro exibem as cobiçadas bordas em zigue-zague ou em forma de poltrona, em vez de outras orientações de borda.

p As bordas são determinantes críticos das propriedades de uma nanofita porque os elétrons ao longo da borda de uma fita podem interagir com os elétrons ao longo da borda de outra fita, resultando no tipo de lacuna de energia que é crucial para fazer dispositivos. Por exemplo, Bordas em ziguezague em nanofitas de grafeno mostraram ser capazes de transportar uma corrente magnética, o que os torna candidatos à spintrônica, a tecnologia de computação baseada no spin e não na carga dos elétrons.

p Kris Erickson, quem foi o autor principal do Nano Letras papel, diz que, "Dada a dependência significativa das bordas de nanofitas de nitreto de boro para imbuir propriedades eletrônicas e magnéticas particulares, a alta probabilidade de sintetizar fitas com bordas em zigue-zague e poltrona torna nossa técnica particularmente adequada para abordar previsões teóricas e realizar as aplicações propostas. "

p Erickson também diz que deve ser possível funcionalizar as bordas das nanofitas de nitreto de boro, como essas bordas são terminadas com átomos de potássio quimicamente reativos após a síntese e com átomos de hidrogênio reativos após a exposição à água ou etanol.

p "A borda terminada em potássio poderia ser facilmente substituída por uma espécie diferente de hidrogênio, "Diz Erickson." Diferentes produtos químicos podem ser usados ​​para a têmpera para conferir outras terminações, e, além disso, o hidrogênio pode ser substituído após a têmpera, utilizando rotas de funcionalização de nitreto de boro estabelecidas, ou criando novas rotas exclusivas para a borda de nanofibra altamente reativa. "

p Zettl e seu grupo de pesquisa agora estão investigando sínteses alternativas usando diferentes precursores de nanotubos de nitreto de boro para aumentar os rendimentos e melhorar o processo de purificação. Eles também estão tentando funcionalizar as bordas de suas nanofitas e estão no processo de determinar se os vários estados de borda previstos para essas nanofitas podem ser estudados.

p "O que realmente precisamos agora é uma fonte melhor de nanotubos de nitreto de boro, "Zettl diz.