Se espera que los nanotubos de carbono se utilicen en una gran variedad de aplicaciones, desde ropa de protección militar hasta almacenamiento de hidrógeno. Debido a sus dimensiones nanométricas, sin embargo, la estructura y la química de la superficie de los nanotubos de carbono individuales no se pueden estudiar fácilmente utilizando técnicas convencionales. Norihiko Hayazawa y sus colegas del equipo de investigación Near Field NanoPhotonics en el RIKEN Center for Advanced Photonics ahora han desarrollado una técnica de microscopía de alta resolución que puede resolver nanotubos de carbono individuales en condiciones ambientales.

La espectroscopia Raman se usa ampliamente para probar las características de los materiales con alta precisión. Implica excitar la superficie del material con un láser y luego medir el cambio en la energía del láser después de que se dispersa desde la superficie. La espectroscopia Raman mejorada con punta (TERS) se utiliza para lograr una resolución cercana a la molecular al pasar una punta metálica a través de la superficie del material para mejorar las señales Raman de las moléculas cercanas. El TERS que utiliza una punta de microscopio de fuerza atómica (AFM) es capaz de evaluar simultáneamente la estructura y la química de la superficie de los materiales con una resolución de alrededor de 10 a 20 nanómetros, muy por debajo del límite de difracción de los microscopios ópticos convencionales.

Recientemente se ha demostrado que la sustitución de la punta AFM por una punta de microscopio de efecto túnel (STM) mejora la resolución de la técnica de forma espectacular. La posición de la punta STM metálica se puede controlar con más precisión que la de un AFM, lo que permite escanear un material con un espacio entre la punta y la superficie de menos de 1 nanómetro. El fuerte acoplamiento entre las resonancias electrónicas llamadas 'plasmones' de la punta y la superficie del material a través de este estrecho espacio en STM-TERS mejora aún más la resolución de la técnica (Fig. 1).

"Con nuestro sistema STM-TERS, hemos logrado una resolución de 1,7 nanómetros, lo que significa que los nanotubos de carbono se pueden visualizar en las dimensiones de su diámetro, ", explica Hayazawa. Esto hace posible por primera vez extraer la propiedad local de los nanotubos de carbono de forma óptica sin promediar".

Mientras que las técnicas anteriores basadas en STM a nanoescala y los métodos STM-TERS han requerido temperaturas criogénicas y vacíos ultra altos, La técnica STM-TERS desarrollada por el equipo de Hayazawa se puede utilizar con una cámara compacta a presión y temperatura ambiente. Esto amplía significativamente la gama de materiales que se pueden probar. "Secuencia ADN, dinámica de proteínas en membranas biológicas, y las células solares orgánicas requieren condiciones ambientales, "explica Hayazawa.

Además de utilizar la técnica para sondear otros materiales a una resolución ultra alta, los investigadores esperan poder revelar propiedades físicas de los nanotubos de carbono que no se habían descubierto hasta ahora.