Un nanotubo podría ser ideal para aplicaciones electrónicas, pero hay nueva evidencia de que dos podrían ser máximos.

Los ingenieros de la Universidad de Rice ya sabían que el tamaño importa cuando se utilizan nanotubos de carbono de pared simple por sus propiedades eléctricas. Pero hasta ahora nadie había estudiado cómo actúan los electrones cuando se enfrenta a la estructura de tubos de múltiples paredes que parece una muñeca rusa.

El laboratorio de Rice del teórico de materiales Boris Yakobson ahora ha calculado el impacto de la curvatura de los nanotubos de carbono semiconductores de doble pared en su voltaje flexoeléctrico, una medida del desequilibrio eléctrico entre las paredes interior y exterior del nanotubo.

Esto afecta la idoneidad de los pares de nanotubos anidados para aplicaciones nanoelectrónicas, especialmente fotovoltaica.

La investigación teórica del grupo de la Escuela de Ingeniería Brown de Yakobson aparece en la revista American Chemical Society Nano letras .

En un estudio de 2002, Yakobson y sus colegas de Rice habían revelado cómo la transferencia de carga, la diferencia entre polos positivos y negativos que permite que exista voltaje entre uno y otro, escala linealmente a la curvatura de la pared de nanotubos. El ancho del tubo dicta la curvatura, y el laboratorio descubrió que cuanto más delgado es el nanotubo (y, por lo tanto, mayor es la curvatura), cuanto mayor sea el voltaje potencial.

Cuando los átomos de carbono forman grafeno plano, la densidad de carga de los átomos a ambos lados del plano es idéntica, Dijo Yakobson. Curvar la hoja de grafeno en un tubo rompe esa simetría, cambiando el equilibrio.

Eso crea un dipolo local flexoeléctrico en la dirección de, y proporcional a, la curvatura, según los investigadores, quien señaló que la flexoelectricidad del carbono 2-D "es un efecto notable pero también bastante sutil".

Pero más de una pared complica mucho el equilibrio, alterando la distribución de electrones. En nanotubos de doble pared, la curvatura de los tubos interior y exterior difiere, dando a cada uno una banda prohibida distinta. Adicionalmente, los modelos mostraron que el voltaje flexoeléctrico de la pared exterior desplaza la banda prohibida de la pared interior, creando una alineación de banda escalonada en el sistema anidado.

"La novedad es que el tubo insertado, la matrioska 'bebé' (interior) tiene todos sus niveles de energía cuántica desplazados debido al voltaje creado por el nanotubo exterior, ", Dijo Yakobson. La interacción de diferentes curvaturas, él dijo, provoca una transición de banda prohibida escalonada a escalonada que tiene lugar en un diámetro crítico estimado de aproximadamente 2,4 nanómetros.

"Esta es una gran ventaja para las células solares, esencialmente un requisito previo para separar las cargas positivas y negativas para crear una corriente, "Dijo Yakobson." Cuando la luz es absorbida, un electrón siempre salta desde la parte superior de una banda de valencia ocupada (dejando un agujero "más" detrás) al estado más bajo de la banda de conductancia vacía.

"Pero en una configuración escalonada se encuentran en diferentes tubos, o capas, ", dijo." El 'más' y el 'menos' se separan entre los tubos y pueden fluir generando corriente en un circuito ".

Los cálculos del equipo también mostraron que la modificación de las superficies de los nanotubos con átomos positivos o negativos podría crear "voltajes sustanciales de cualquier signo" hasta tres voltios. "Aunque la funcionalización podría perturbar fuertemente las propiedades electrónicas de los nanotubos, puede ser una forma muy poderosa de inducir voltaje para ciertas aplicaciones, "escribieron los investigadores.

El equipo sugirió que sus hallazgos pueden aplicarse a otros tipos de nanotubos, incluyendo nitruro de boro y disulfuro de molibdeno, por sí solos o como híbridos con nanotubos de carbono.