Усовершенствованный микроскоп «видит» дефекты в нанотрубках

Углеродные нанотрубки обладают уникальными свойствами, обеспечивающими эффективный перенос зарядов и энергии, и делающими их чрезвычайно привлекательными для всевозможных электронных и фотоэлектронных устройств. Однако присутствие дефектов во внутренней структуре этих сверхтонких нанотрубок создает ловушки для электронных волн, и может значительно уменьшить их практическую полезность.

Используя сканирующий туннельный микроскоп сверхвысокого вакуума, соединенный с криостатом замкнутого цикла, исследователи из Орегонского университета (UO) смогли наблюдать ловушки, мешающие течению электронов и элементарных энергетических пакетов (экситонов). Криостат охлаждал объект до 20 градусов Кельвина, замораживая все движение и позволяя визуализировать структуру на наноуровне.

Подробный отчет о работе, проделанной физиками UO, опубликован в Journal of Physical Chemistry Letters. Она включала в себя также моделирование часто наблюдавшегося явления: электронных ловушек, порождаемых наличием стохастических внешних электростатических зарядов в непосредственной окрестности нанотрубок.

«Наша визуализация может способствовать созданию более точной картины распространения электронов по нанотрубкам в реальных приложениях, где электроны всегда подвергаются действию внешних возмущений, которые потенциально способны создавать такие ловушки», — заявил профессор физической химии Джордж Назин (George V. Nazin).

Эта установка получала «моментальные снимки» внутренней структуры электронных волн, в небольших, длиной несколько нанометров, фрагментах нанотрубок, частично подвешенных над атомарно гладкой золотой поверхностью. Свойства этих волн, как утверждает Назин, в значительной мере определяют прохождение электронов через такие ловушки. Условием эффективного прохождения является возникновение резонанса между свободными электронами и локализованными волнами.

«Удивительным образом, точно настраивая энергию распространяющихся электронов, мы обнаружили, что в дополнение к этим каналам резонансной передачи также возможны другие резонансы, когда энергии совпадают с характерными вибрациями в углеродных нанотрубках, — отметил он. — Эти новые каналы передачи соответствуют „вибронным“ резонансам, при которых электронными волнами возбуждаются колебания атомов углерода, образующих ловушку».

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365