Pesquisadores da Universidade Metropolitana de Tóquio projetaram uma série de novos nanotubos de dichalcogeneto de metal de transição (TMD) de parede única com diferentes composições, quiralidade e diâmetros, modelando nanotubos de nitreto de boro. Eles também criaram nanotubos ultrafinos cultivados dentro do modelo e adaptaram composições com sucesso para criar uma família de novos nanotubos. A capacidade de sintetizar uma ampla gama de estruturas oferece insights únicos sobre seu mecanismo de crescimento e novas propriedades ópticas.



O trabalho está publicado na revista Advanced Materials .

O nanotubo de carbono é uma maravilha da nanotecnologia. Feito pelo enrolamento de uma folha atomicamente fina de átomos de carbono, possui resistência mecânica e condutividade elétrica excepcionais, entre uma série de outras propriedades optoeletrônicas exóticas, com aplicações potenciais em semicondutores além da era do silício.

As principais características dos nanotubos de carbono vêm de aspectos sutis de sua estrutura. Por exemplo, como um pedaço de papel enrolado em ângulo, os nanotubos geralmente têm uma quiralidade, uma “lateralidade” em sua estrutura que os torna diferentes de sua imagem espelhada. É também por isso que os cientistas estão a olhar para o futuro, para materiais além do carbono, que poderão permitir uma gama mais ampla de estruturas.

Um destaque está nos compostos de dichalcogeneto de metais de transição (TMD), feitos de metais de transição e elementos do Grupo 16. Além de existir toda uma família deles, os TMDs possuem características que não são vistas nos nanotubos de carbono, como supercondutividade e propriedades fotovoltaicas, onde a exposição à luz gera tensão ou corrente.

Para compreender todo o potencial dos TMDs, no entanto, os cientistas precisam ser capazes de fabricar nanotubos de parede única em uma variedade de composições, diâmetros e quiralidades, de uma forma que nos permita estudar suas propriedades individuais. Isso se mostrou um desafio:os nanotubos TMD geralmente se formam em estruturas concêntricas de paredes múltiplas, onde cada camada pode ter quiralidade diferente. Isto torna difícil descobrir, por exemplo, que tipo de quiralidade dá origem a propriedades específicas.

Agora, uma equipe liderada pelo professor assistente Yusuke Nakanishi, da Universidade Metropolitana de Tóquio, descobriu uma maneira de fazer exatamente isso. Usando nanotubos de nitreto de boro como modelo, eles poderiam cultivar com sucesso uma variedade de nanotubos TMD de parede única, adicionando os elementos necessários por meio da exposição ao vapor.

Em trabalhos anteriores, eles fizeram nanotubos de sulfeto de molibdênio de parede única. Ao observar os nanotubos individuais com mais detalhes, eles agora distinguiram toda uma infinidade de tubos de parede única de diferentes diâmetros e quiralidades. Especificamente, eles mediram os “ângulos quirais” de tubos individuais que, juntamente com seus diâmetros, determinam estruturas quirais únicas.

Eles descobriram, pela primeira vez, que os ângulos quirais dos seus nanotubos eram distribuídos aleatoriamente:isto significa que eles têm acesso a toda a gama de ângulos possíveis, prometendo novos insights sobre a relação entre a quiralidade e os estados eletrônicos, uma questão-chave não resolvida no campo. Havia também tubos ultrafinos de apenas alguns nanômetros cultivados dentro do modelo, não fora, uma plataforma única para observar efeitos da mecânica quântica.

Ao ajustar sua receita, a equipe agora também conseguiu trocar o metal e o calcogênio, produzindo seleneto de molibdênio, seleneto de tungstênio e nanotubos de liga de sulfeto de tungstênio e molibdênio. Eles até fizeram nanotubos com um elemento do lado de fora e outro do lado de dentro, nanotubos do tipo “Janus” em homenagem ao deus de duas faces da mitologia romana.

As diversas novas entradas da equipe na família de nanotubos prometem novos avanços ousados ​​não apenas em nossa compreensão dos nanotubos TMD, mas também em como propriedades exóticas surgem de suas estruturas.

Mais informações: Yusuke Nakanishi et al, Diversidade Estrutural de Nanotubos de Dichalcogeneto de Metal de Transição de Parede Única Cultivados via Reação de Modelo, Materiais Avançados (2023). DOI:10.1002/adma.202306631
Informações do diário: Materiais Avançados

Fornecido pela Universidade Metropolitana de Tóquio