(PhysOrg.com) - Para las celebridades de Hollywood, el término "splitsville" generalmente significa "verificar su acuerdo prenupcial". Para los científicos que quieran producir en masa nanocintas de alta calidad a partir de nanotubos de nitruro de boro, "splitsville" podría significar "felices para siempre".

Científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) y la Universidad de California (UC) Berkeley, trabajando con científicos de la Universidad de Rice, han desarrollado una técnica en la que los nanotubos de nitruro de boro se rellenan con átomos de potasio hasta que los tubos se abren a lo largo de una costura longitudinal. Esto crea nanocintas de nitruro de boro sin defectos de longitudes y espesores uniformes. Se prevé que las nanocintas de nitruro de boro muestren una variedad de intrigantes propiedades magnéticas y electrónicas que tienen un enorme potencial para dispositivos futuros.

Las nanocintas son monocristales bidimensionales (es decir, solo un átomo de espesor) que pueden medir varios micrones de longitud, pero solo unos pocos cientos o menos de nanómetros de ancho. Nanocintas de grafeno, que están hechos de carbono puro, llevan electrones a velocidades mucho más rápidas que el silicio, y se puede utilizar para cubrir áreas amplias y una amplia variedad de formas. Las nanocintas de nitruro de boro ofrecen ventajas similares además de una gama adicional de componentes electrónicos, propiedades ópticas y magnéticas.

"Ha habido una cantidad significativa de trabajo teórico que indica que, dependiendo de los bordes de la cinta, Las nanocintas de nitruro de boro pueden exhibir ferromagnetismo o anti-ferromagnetismo, así como el transporte de espín polarizado que sea metálico o semiconductor, "dice el físico Alex Zettl, uno de los investigadores más importantes del mundo en sistemas y dispositivos a nanoescala que tiene citas conjuntas con la División de Ciencias de Materiales (MSD) de Berkeley Lab y el Departamento de Física de UC Berkeley, donde es director del Centro de Sistemas Nanomecánicos Integrados (COINS).

"Las propiedades únicas de las nanocintas de nitruro de boro son de gran interés científico fundamental y también tienen implicaciones para aplicaciones en tecnologías que incluyen espintrónica y optoelectrónica, "Dice Zettl". Sin embargo, el facil, La síntesis escalable de nanocintas de nitruro de boro de alta calidad ha sido un desafío importante ".

Zettl y los miembros de su grupo de investigación enfrentaron este desafío utilizando el proceso químico conocido como "intercalación, "mediante el cual los átomos o moléculas de un tipo se insertan entre átomos y moléculas de otro tipo. James Tour de la Universidad de Rice y su grupo de investigación habían demostrado que la intercalación de átomos de potasio en nanotubos de carbono promueve una división longitudinal de los tubos. Esto provocó que Zettl y Tour para colaborar en un estudio que utilizó el mismo enfoque en nanotubos de nitruro de boro, que son muy similares en estructura a los nanotubos hechos de carbono.

Zettl y Tour informaron los resultados de este estudio en la revista Nano letras . El artículo se tituló "División longitudinal de nanotubos de nitruro de boro para la síntesis fácil de nanocintas de nitruro de boro de alta calidad". Los coautores del artículo fueron Kris Erickson, Ashley Gibb, Michael Rousseas y Nasim Alem, que son todos miembros del grupo de investigación de Zettl, y Alexander Sinitskii, miembro del grupo de investigación de Tour.

"El mecanismo probable para la división de los nanotubos de nitruro de boro y de carbono es que las islas de potasio crecen desde un punto de partida inicial de intercalación, "Dice Zettl." El crecimiento de esta isla continúa hasta que una tensión circunferencial suficiente da como resultado una rotura de los enlaces químicos del nanotubo intercalado. Luego, el potasio comienza a adherirse al borde desnudo de la cinta, induciendo una mayor división ".

Esta técnica de síntesis produce nanocintas de nitruro de boro de anchos uniformes que pueden ser tan estrechos como 20 nanómetros. Las cintas también tienen al menos una micra de longitud, con defectos mínimos dentro del plano o en los bordes. Zettl dice que la alta calidad de los bordes apunta a que el proceso de división es más ordenado que aleatorio. Este orden podría explicar por qué una alta proporción de las nanocintas de nitruro de boro muestran los codiciados bordes en zigzag o en forma de sillón. en lugar de otras orientaciones de los bordes.

Los bordes son determinantes críticos de las propiedades de una nanocinta porque los electrones a lo largo del borde de una cinta pueden interactuar con los electrones a lo largo del borde de otra cinta. resultando en el tipo de brecha de energía que es crucial para la fabricación de dispositivos. Por ejemplo, Se ha demostrado que los bordes en zigzag de las nanocintas de grafeno son capaces de transportar una corriente magnética. lo que los convierte en candidatos para la espintrónica, la tecnología informática basada en el espín más que en la carga de electrones.

Kris Erickson, quien fue el autor principal de la Nano letras papel, dice que, "Dada la dependencia significativa de los bordes de nanocintas de nitruro de boro para imbuir propiedades electrónicas y magnéticas particulares, la alta probabilidad de sintetizar cintas con zigzag y bordes de sillón hace que nuestra técnica sea particularmente adecuada para abordar predicciones teóricas y realizar aplicaciones propuestas ".

Erickson también dice que debería ser posible funcionalizar los bordes de las nanocintas de nitruro de boro, ya que estos bordes terminan con átomos de potasio químicamente reactivos tras la síntesis y con átomos de hidrógeno reactivos tras la exposición al agua o al etanol.

"El borde terminado en potasio podría reemplazarse fácilmente con una especie distinta al hidrógeno, ", Dice Erickson." Se podrían usar diferentes productos químicos para apagar para impartir otras terminaciones, y, es más, el hidrógeno podría reemplazarse después de la extinción mediante la utilización de rutas de funcionalización de nitruro de boro establecidas, o ideando nuevas rutas exclusivas para el borde de nanocintas altamente reactivas ".

Zettl y su grupo de investigación ahora están investigando síntesis alternativas utilizando diferentes precursores de nanotubos de nitruro de boro para aumentar los rendimientos y mejorar el proceso de purificación. También están intentando funcionalizar los bordes de sus nanocintas y están en el proceso de determinar si se pueden estudiar los diversos estados de los bordes predichos para estas nanocintas.

"Lo que más necesitamos ahora es una mejor fuente de nanotubos de nitruro de boro, "Dice Zettl.