Ученые вплетают ряды атомов металла в пучки нановолокон
Исследователи из Токийского столичного университета успешно пропустили атомы металлического индия между отдельными волокнами в пучках нановолокон халькогенидов переходных металлов. Погрузив жгуты в газообразный индий, ряды атомов смогли проникнуть между волокнами, создав уникальную наноструктуру путем интеркаляции. С помощью моделирования и измерений удельного сопротивления было показано, что отдельные жгуты обладают металлическими свойствами, что открывает путь для применения в качестве гибких нанопроводов в наносхемах. Статья опубликована в журнале ACS Nano.
(а) Трехмерная кристаллическая структура ТМС, состоящая из нановолокон ТМС, окруженных одноатомными рядами интеркалирующего элемента.
(b) Конец и вид сбоку одного нановолокна TMC. Халькогены имеют золотистый цвет, переходные металлы — зеленый, а интеркалирующий элемент — темно-фиолетовый.
Предоставлено: Токийский столичный университет.
Атомные проволоки халькогенидов переходных металлов (TMC) представляют собой наноструктуры, состоящие из переходного металла и элемента 16-й группы, такого как сера, селен и теллур. Они способны самособираться в широкий спектр структур различной размерности, что делает их основой революции в области наноматериалов, которая в последние годы была в центре внимания интенсивных исследований. В частности, особый интерес вызвал класс трехмерных ТМС-структур, состоящих из пучков нановолокон ТМС, удерживаемых вместе атомами металла между волокнами, и все они образуют хорошо упорядоченную решетку в своем поперечном сечении. В зависимости от выбора металла, структура может даже стать сверхпроводником.
Кроме того, делая пучки тонкими, их можно превратить в гибкие структуры, проводящие электричество: это делает наноструктуры TMC главным кандидатом для использования в качестве проводов в наносхемах. Однако было трудно превратить эти структуры в длинные тонкие волокна, необходимые для их глубокого изучения, а также для приложений нанотехнологий.
Группа под руководством доцента Юсуке Наканиси и доцента Ясумицу Мията изучает методы синтеза наноструктур ТМС. В недавней работе они показали, что могут производить длинные тонкие пучки TMC (без металла) беспрецедентно больших размеров. Теперь они использовали реакцию паровой фазы, чтобы связать атомарно-тонкие ряды индия с тонкими жгутами теллурида вольфрама. Подвергая свои длинные пучки нановолокон воздействию паров индия в вакууме при температуре 500 градусов Цельсия, атомы металлического индия пробивались в пространство между отдельными нановолокнами, составляющими пучки, образуя промежуточный (или мостиковый) ряд индия, который связывает волокна. вместе.
(а) Схема атомной структуры как пучков нановолокон теллурида вольфрама, так и конечной интеркалированной структуры, а также изображения сканирующей просвечивающей электронной микроскопии.
(б) Синтезированные трехмерные нановолокна ТМС на кремниевой подложке.
Предоставлено: Токийский столичный университет.
Успешно изготовив большое количество этих нитевидных жгутов TMC, они приступили к изучению свойств своих новых нанопроволок. Рассматривая удельное сопротивление как функцию температуры, они убедительно показали, что отдельные жгуты ведут себя как металл и, таким образом, проводят электричество. Это согласовывалось с компьютерным моделированием, а также продемонстрировало, насколько упорядоченными были структуры. Интересно, что они обнаружили, что эта структура немного отличается от массивных партий связанных нановолокон тем, что интеркалированные ряды заставляют каждое нановолокно слегка вращаться вокруг своей оси.
Техника команды не ограничивается ни теллуридом индия и вольфрама, ни этой конкретной структурой. Они надеются, что их работа может вдохновить на новую главу в развитии наноматериалов и изучении их уникальных свойств.
