Investigadores de la Universidad Metropolitana de Tokio han diseñado una gama de nuevos nanotubos de dicalcogenuro de metales de transición (TMD) de pared simple con diferentes composiciones, quiralidad y diámetros mediante plantillas de nanotubos de nitruro de boro. También descubrieron nanotubos ultrafinos cultivados dentro de la plantilla y adaptaron con éxito composiciones para crear una familia de nuevos nanotubos. La capacidad de sintetizar una amplia gama de estructuras ofrece información única sobre su mecanismo de crecimiento y nuevas propiedades ópticas.
El trabajo está publicado en la revista Advanced Materials .
El nanotubo de carbono es una maravilla de la nanotecnología. Fabricado enrollando una lámina atómicamente delgada de átomos de carbono, tiene una resistencia mecánica y una conductividad eléctrica excepcionales, entre una variedad de otras propiedades optoelectrónicas exóticas, con aplicaciones potenciales en semiconductores más allá de la era del silicio.
Las características clave de los nanotubos de carbono provienen de aspectos sutiles de su estructura. Por ejemplo, como un trozo de papel enrollado en ángulo, los nanotubos a menudo tienen una quiralidad, una "lateralidad" en su estructura que los hace diferentes de su imagen especular. Ésa es también la razón por la que los científicos están buscando materiales más allá del carbono, que podrían permitir una gama más amplia de estructuras.
Un foco de atención se centra en los compuestos de dicalcogenuros de metales de transición (TMD), hechos de metales de transición y elementos del Grupo 16. No solo hay toda una familia de ellos, sino que los TMD tienen características que no se ven en los nanotubos de carbono, como la superconductividad y las propiedades fotovoltaicas, donde la exposición a la luz genera voltaje o corriente.
Sin embargo, para aprovechar todo el potencial de los TMD, los científicos deben poder fabricar nanotubos de pared simple en una variedad de composiciones, diámetros y quirales de una manera que nos permita estudiar sus propiedades individuales. Esto ha resultado un desafío:los nanotubos TMD generalmente se forman en estructuras concéntricas de paredes múltiples, donde cada capa puede tener una quiralidad diferente. Esto hace que sea complicado descubrir, por ejemplo, qué tipo de quiralidad da lugar a propiedades específicas.
Ahora, un equipo dirigido por el profesor asistente Yusuke Nakanishi de la Universidad Metropolitana de Tokio ha ideado una manera de hacer precisamente eso. Al utilizar nanotubos de nitruro de boro como plantilla, pudieron desarrollar con éxito una gama de nanotubos TMD de pared simple agregando los elementos necesarios mediante la exposición al vapor.
En trabajos anteriores, fabricaron nanotubos de sulfuro de molibdeno de pared simple. Al observar con más detalle los nanotubos individuales, han distinguido una gran cantidad de tubos de pared simple de diferentes diámetros y quirales. Específicamente, midieron los "ángulos quirales" de tubos individuales que, junto con sus diámetros, determinan estructuras quirales únicas.
Descubrieron, por primera vez, que los ángulos quirales de sus nanotubos estaban distribuidos aleatoriamente:esto significa que tienen acceso a toda la gama de ángulos posibles, lo que promete nuevos conocimientos sobre la relación entre la quiralidad y los estados electrónicos, una cuestión clave sin resolver en el campo. También había tubos ultrafinos de sólo unos pocos nanómetros de diámetro cultivados dentro de la plantilla, no fuera, una plataforma única para observar los efectos de la mecánica cuántica.
Al modificar su receta, el equipo ahora también logró cambiar tanto el metal como el calcógeno, produciendo nanotubos de aleación de seleniuro de molibdeno, seleniuro de tungsteno y sulfuro de tungsteno de molibdeno. Incluso fabricaron nanotubos con un elemento en el exterior y otro en el interior, nanotubos tipo "Janus", que llevan el nombre del dios de dos caras de la mitología romana.
Las nuevas y diversas entradas del equipo en la familia de nanotubos prometen nuevos y audaces avances no sólo en nuestra comprensión de los nanotubos TMD, sino también en cómo surgen propiedades exóticas de sus estructuras.
Más información: Yusuke Nakanishi et al, Diversidad estructural de nanotubos de dichalcogenuro de metal de transición de pared simple cultivados mediante reacción de plantilla, Materiales avanzados (2023). DOI:10.1002/adma.202306631
Información de la revista: Materiales avanzados
Proporcionado por la Universidad Metropolitana de Tokio
