En el Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), La investigación realizada con colaboradores de la Universidad de Princeton y el Instituto de Ciencias Computacionales Avanzadas de la Universidad Estatal de Nueva York en Stony Brook ha demostrado cómo el plasma causa excepcionalmente fuertes, estructuras microscópicas conocidas como nanotubos de carbono para crecer. Tales tubos, medido en mil millonésimas de metro, se encuentran en todo, desde electrodos hasta implantes dentales y tienen muchas propiedades ventajosas. En principio, tienen una resistencia a la tracción, o resistencia a romperse cuando se estira, 100 veces mayor que el de una longitud de alambre de acero del mismo tamaño.

Los tubos también se utilizan en transistores y algún día podrían reemplazar al cobre en los chips de computadora. Pero antes de que los fabricantes puedan producir tales nanotubos de manera confiable, los científicos deben comprender con más detalle cómo se forman.

Los nuevos hallazgos, reportado en la revista Carbón en febrero, contribuye a un proyecto en curso en el Laboratorio de Nanosíntesis de Plasma de PPPL que se centra en el crecimiento de nanopartículas en plasmas. Inaugurada en 2012, el laboratorio combina la experiencia de PPPL en ciencia del plasma con las capacidades de ciencia de materiales de la Universidad de Princeton y otras instituciones y es parte del Departamento de Ciencia y Tecnología de Plasma de PPPL dirigido por el físico Philip Efthimion. El investigador principal principal es el físico Yevgeny Raitses; los co-investigadores principales son los físicos Igor Kaganovich, subdirector del Departamento de Teoría de PPPL, y Brentley Stratton, jefe de la división de diagnóstico de PPPL.

Los científicos realizaron simulaciones por computadora en Stony Brook mostrando que el plasma, una sopa de átomos y partículas cargadas eléctricamente, puede dar a los nanotubos de carbono una carga eléctrica negativa. Las simulaciones indicaron que un nanotubo cargado negativamente uniría átomos de carbono del entorno circundante por más tiempo y con más fuerza a la superficie del tubo. Y cuanto más tiempo pasa un átomo unido al nanotubo, más probable es que se mueva hacia un grupo de átomos, conocido como catalizador metálico, haciendo que el tubo crezca.

"En nuestra investigación encontramos un aumento significativo en el tiempo que los átomos de carbono pasaron en los tubos, "dijo Predrag Krstic, profesor de investigación en el Instituto de Ciencias Computacionales Avanzadas y coautor de un artículo. "Como consecuencia, hay un aumento significativo en la tasa de migración de los átomos de carbono hacia el catalizador metálico ".

Recientemente, la mayor disponibilidad de computadoras de alta velocidad ha hecho posible dicha investigación. "Lo que ha cambiado es que en estos días las computadoras son tan rápidas que podemos modelar con precisión fenómenos como lo que les sucede a los nanotubos cuando se sumergen en plasma, "dijo Kaganovich, también coautor.

Avanzando, Los investigadores planean desarrollar un modelo más detallado de cómo crecen tanto el nitruro de boro como los nanotubos de carbono en un entorno de plasma real. El poder computacional avanzado hace posible el desarrollo de estos nuevos modelos.