p Um nanotubo pode ser ótimo para aplicações eletrônicas, mas há novas evidências de que dois podem ser os melhores. p Os engenheiros da Rice University já sabiam que o tamanho é importante ao usar nanotubos de carbono de parede única para suas propriedades elétricas. Mas até agora, ninguém havia estudado como os elétrons agem quando confrontados com a estrutura semelhante a uma boneca russa de tubos de paredes múltiplas.

p O teórico do laboratório de materiais de Rice, Boris Yakobson, calculou agora o impacto da curvatura dos nanotubos de carbono semicondutores de parede dupla em sua voltagem flexoelétrica, uma medida de desequilíbrio elétrico entre as paredes interna e externa do nanotubo.

p Isso afeta o quão adequados os pares de nanotubos aninhados podem ser para aplicações de nanoeletrônica, especialmente fotovoltaica.

p A pesquisa teórica do grupo Brown School of Engineering de Yakobson aparece na revista American Chemical Society. Nano Letras .

p Em um estudo de 2002, Yakobson e seus colegas do Rice revelaram como a transferência de carga, a diferença entre os pólos positivo e negativo que permite a existência de tensão entre um e o outro, escala linearmente à curvatura da parede do nanotubo. A largura do tubo dita a curvatura, e o laboratório descobriu que quanto mais fino o nanotubo (e, portanto, maior a curvatura), quanto maior for a tensão potencial.

p Quando os átomos de carbono formam grafeno plano, a densidade de carga dos átomos em ambos os lados do plano são idênticos, Yakobson disse. Curvar a folha de grafeno em um tubo quebra essa simetria, mudando o equilíbrio.

p Isso cria um dipolo flexoelétrico local na direção de, e proporcional a, a curvatura, de acordo com os pesquisadores, que observou que a flexoeletricidade do carbono 2-D "é um efeito notável, mas também bastante sutil."

p Mas mais de uma parede complica muito o equilíbrio, alterando a distribuição de elétrons. Em nanotubos de parede dupla, a curvatura dos tubos interno e externo diferem, dando a cada um um intervalo de banda distinto. Adicionalmente, os modelos mostraram que a tensão flexoelétrica da parede externa muda o gap da parede interna, criando um alinhamento de banda escalonado no sistema aninhado.

p “A novidade é que o tubo inserido, o 'bebê' (dentro) matryoshka tem todos os seus níveis de energia quântica alterados por causa da voltagem criada pelo nanotubo externo, "Yakobson disse. A interação de diferentes curvaturas, ele disse, causa uma transição de gap de banda de straddling para escalonado que ocorre em um diâmetro crítico estimado de cerca de 2,4 nanômetros.

p "Esta é uma grande vantagem para células solares, essencialmente um pré-requisito para separar cargas positivas e negativas para criar uma corrente, "Yakobson disse." Quando a luz é absorvida, um elétron sempre salta do topo de uma banda de valência ocupada (deixando um buraco 'mais' para trás) para o estado mais baixo da banda de condutância vazia.

p "Mas, em uma configuração escalonada, eles estão em tubos diferentes, ou camadas, "disse ele." O 'mais' e o 'menos' ficam separados entre os tubos e podem fluir para longe, gerando corrente em um circuito. "

p Os cálculos da equipe também mostraram que modificar as superfícies dos nanotubos com átomos positivos ou negativos poderia criar "tensões substanciais de qualquer um dos sinais" de até três volts. "Embora a funcionalização possa perturbar fortemente as propriedades eletrônicas dos nanotubos, pode ser uma forma muito poderosa de induzir tensão para certas aplicações, "escreveram os pesquisadores.

p A equipe sugeriu que suas descobertas podem se aplicar a outros tipos de nanotubos, incluindo nitreto de boro e dissulfeto de molibdênio, isoladamente ou como híbridos com nanotubos de carbono.