Los nanotubos de carbono metálico son muy prometedores para aplicaciones desde microelectrónica hasta líneas eléctricas debido a su transmisión balística de electrones. Pero, ¿quién diría que los imanes podrían detener esos electrones en seco?

El físico de Rice, Junichiro Kono, y su equipo han estado estudiando el efecto Aharonov-Bohm, la interacción entre partículas cargadas eléctricamente y campos magnéticos, y cómo se relaciona con los nanotubos de carbono. Mientras lo hace, llegaron a la inesperada conclusión de que los campos magnéticos pueden convertir nanotubos altamente conductores en semiconductores.

Sus hallazgos se publican en línea este mes en Cartas de revisión física .

"Cuando aplica un campo magnético, se abre una banda prohibida y se convierte en un aislante, "dijo Kono, un profesor de Rice en ingeniería eléctrica e informática y en física y astronomía. "Estás cambiando un conductor en un semiconductor, y puedes cambiar entre los dos. Así que este experimento explora tanto un aspecto importante de los resultados del efecto Aharonov-Bohm como las nuevas propiedades magnéticas de los nanotubos de carbono ".

Kono, el estudiante graduado Thomas Searles y sus colegas en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología y en Japón midieron con éxito la susceptibilidad magnética de una variedad de nanotubos por primera vez; confirmaron que los metálicos son mucho más susceptibles a los campos magnéticos que los nanotubos semiconductores, dependiendo de la orientación y la fuerza del campo.

Los nanotubos de pared simple (SWNT), láminas enrolladas de grafeno, se verían todos iguales a simple vista si se pudieran ver. Pero una mirada más cercana revela que los nanotubos vienen en muchas formas, o quiralidades, dependiendo de cómo se enrollen. Algunos son semiconductores; algunos son metálicos de alta conductividad. El estándar de oro para la conductividad es el nanotubo del sillón, así llamado porque los extremos abiertos forman un patrón que parece sillones.

No cualquier imán serviría para sus experimentos. Kono y Searles viajaron al Laboratorio Magnet de Tsukuba en el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales (NIMS) en Japón, donde se utilizó el segundo electroimán más grande del mundo para provocar un conjunto refinado de 10 quiralidades de SWNT, algunos metálicos y otros semiconductores, en revelar sus secretos.

Al aumentar el imán grande hasta 35 tesla, descubrieron que los nanotubos empezarían a alinearse en paralelo y que los metálicos reaccionaban con mucha más fuerza que los semiconductores. (Para comparacion, la máquina de resonancia magnética promedio para imágenes médicas tiene electroimanes clasificados en 0.5 a 3 tesla.) El análisis espectroscópico confirmó los metálicos, particularmente nanotubos de sillón, eran de dos a cuatro veces más susceptibles al campo magnético que los semiconductores y que cada quiralidad reaccionaba de manera diferente.

Los nanotubos tenían entre 0,7 y 0,8 nanómetros de ancho y 500 nanómetros de largo. por lo que las variaciones de tamaño no fueron un factor en los resultados de Searles. Pasó una semana el otoño pasado realizando experimentos en el "híbrido, "un imán superconductor de gran calibre que contiene un imán resistivo enfriado por agua.

Kono dijo que el trabajo continuará en lotes purificados de nanotubos producidos por ultracentrifugación en Rice. Eso debería proporcionar información más específica sobre su susceptibilidad a los campos magnéticos, aunque sospecha que el efecto debería ser aún más fuerte en metálicos más largos. "Este trabajo muestra claramente que los tubos metálicos y los tubos semiconductores son diferentes, pero ahora que tenemos muestras enriquecidas con metales, podemos comparar diferentes quiralidades dentro de la familia metálica, " él dijo.