Cercetătorii au sintetizat pentru prima dată nanoribbonuri ultra-subțiri de carbon care conduc electricitatea precum metalele
O echipă de cercetători de la Universitatea de Știință și Tehnologie din China a reușit să sintetizeze o nouă clasă de conductori ultra-subțiri din carbon, numiți nanoribbonuri de pentaheptită de carbon, alcătuiți exclusiv din inele de cinci și șapte atomi de carbon. Rezultatele au fost publicate în revista Nature, iar un briefing de cercetare din aceeași ediție evidențiază potențialul acestor structuri neconvenționale de carbon.
Pe măsură ce dispozitivele electronice moderne devin tot mai mici, la fel se întâmplă și cu firele metalice din interiorul lor. Cu toate acestea, pe măsură ce dimensiunile scad, apar probleme serioase: firele convenționale generează căldură excesivă și înregistrează o creștere masivă a rezistenței electrice, ceea ce afectează performanța generală. Firele din carbon sunt considerate o posibilă soluție de înlocuire, deoarece anumite tipuri ar putea transporta cantități uriașe de curent fără a se degrada, ocupând în același timp doar o fracțiune din spațiu.
O metodă ingenioasă de construire a firelor de carbon
Cercetătorii au dorit să construiască nanoribbonuri formate în întregime din inele de carbon cu cinci și șapte membri. Provocarea este extrem de dificilă, deoarece unii dintre constituenții de bază sunt instabili în mod natural și mult prea reactivi pentru a fi manipulați direct.
Pentru a ocoli acest obstacol, echipa a conceput o soluție ingenioasă. În loc să pornească de la inele instabile, au depus pe o suprafață de argint o moleculă stabilă care conține un inel de opt atomi de carbon. Cercetătorii au încălzit suprafața, determinând fiecare inel de opt atomi să se rearanjeze în două inele fuzionate de cinci atomi. Încălzirea suplimentară a acestor lanțuri a determinat rândurile vecine să se unească lateral, creând inele de șapte atomi între ele pentru a finaliza structura ribbonului.
Fizicienii preziseseră încă din 1996 că un material format în întregime din inele de cinci și șapte atomi de carbon ar putea acționa precum un metal. Până în prezent, însă, nimeni nu reușise să producă aceste structuri precise de carbon.
Testarea conductivității electrice
Etapa următoare a constat în testarea capacității electronilor de a trece prin aceste structuri. Folosind vârful ascuțit al unui microscop cu efect de tunel, echipa a ridicat un capăt al unui ribbon de pe suprafață și a trecut un curent electric direct prin el.
Rezultatul a arătat că una dintre versiuni s-a comportat ca un metal veritabil, permițând electricității să curgă lin, cu o conductanță foarte ridicată. Cealaltă versiune s-a comportat ca un semiconductor, restricționând fluxul de electroni la tensiuni mai scăzute.
Autorii studiului au precizat că primul tip de nanoribbon este un metal intrinsec, în timp ce al doilea este un semiconductor cu bandă interzisă îngustă. Aceasta evidențiază primul tip ca un metal plan promițător pe bază de carbon și sugerează o posibilă cale către fire cuantice de carbon, deși vor fi necesare optimizări suplimentare ale sintezei pentru integrarea în dispozitive.
