Químicos da Universidade de Oregon desenvolveram uma maneira de ver as estruturas internas de ondas eletrônicas aprisionadas em nanotubos de carbono por cargas eletrostáticas externas.

Os nanotubos de carbono têm sido apresentados como materiais excepcionais com propriedades únicas que permitem carga extremamente eficiente e transporte de energia, com o potencial de abrir caminho para novos, tipos mais eficientes de dispositivos eletrônicos e fotovoltaicos. Contudo, essas armadilhas, ou defeitos, em nanotubos ultrafinos podem comprometer sua eficácia.

Usando um microscópio especialmente construído, capaz de gerar imagens da matéria em escala atômica, os pesquisadores foram capazes de visualizar as armadilhas, que pode afetar adversamente o fluxo de elétrons e pacotes de energia elementares chamados excitons.

O estudo, disse George V. Nazin, um professor de físico-química, modelou o comportamento frequentemente observado em dispositivos eletrônicos baseados em nanotubos de carbono, onde armadilhas eletrônicas são induzidas por cargas externas estocásticas na vizinhança imediata dos nanotubos. As cargas externas atraem e prendem os elétrons que se propagam através dos nanotubos.

"Nossa visualização deve ser útil para o desenvolvimento de uma imagem mais precisa da propagação de elétrons através de nanotubos em aplicações do mundo real, onde os nanotubos estão sempre sujeitos a perturbações externas que podem potencialmente levar à criação dessas armadilhas, " ele disse.

A pesquisa, detalhado em um artigo no Journal of Physical Chemistry Letters , foi feito com um microscópio de tunelamento de ultra-alto vácuo acoplado a um criostato de ciclo fechado - um novo dispositivo construído para uso no laboratório de Nazin. O criostato permitiu que Nazin e seus co-autores Dmitry A. Kislitsyn e Jason D. Hackley, ambos estudantes de doutorado, para diminuir a temperatura para 20 Kelvin para congelar todo o movimento em nanoescala, e visualizar as estruturas internas de objetos em nanoescala.

O dispositivo capturou a estrutura interna de ondas eletrônicas presas em seções curtas, apenas vários nanômetros de comprimento, de nanotubos parcialmente suspensos acima de uma superfície de ouro atomicamente plana. As propriedades das ondas, em grande medida, Nazin disse, determinar a transmissão de elétrons por meio de tais armadilhas eletrônicas. Os elétrons em propagação precisam estar em ressonância com as ondas localizadas para que ocorra uma transmissão eletrônica eficiente.

"Surpreendentemente, ajustando finamente as energias dos elétrons em propagação, nós achamos isso, além desses canais de transmissão de ressonância, outras ressonâncias também são possíveis, com energias correspondentes às de vibrações específicas em nanotubos de carbono, "disse ele." Esses novos canais de transmissão correspondem a ressonâncias 'vibrônicas', onde ondas eletrônicas aprisionadas excitam vibrações de átomos de carbono formando a armadilha eletrônica. "

O microscópio que a equipe usou é detalhado separadamente em um artigo disponível gratuitamente (microscópio de varredura de túnel criogênico de alta estabilidade baseado em um criostato de ciclo fechado) colocado online em 7 de outubro pelo jornal Revisão de instrumentos científicos .