Τα 'peapods' θα μπορούσαν να αυξηθούν στα κυκλώματα

Από τη σελίδα του MSNBC 3 Ιανουαρίου 2002

Δομή του C₆₀. Κάθε μόριο έχει τη μορφή κανονικού εικοσαέδρου και θυμίζει μπάλα ποδοσφαίρου.

Αρχικά ήρθαν τα buckyballs : μόρια των 60 ατόμων του άνθρακα που δεσμεύτηκαν μαζί σαν ένα κλουβί ή καλύτερα σαν μια μπάλα. Κατόπιν ήρθαν οι νανοσωλήνες: μακριές, λεπτές σαν σύρμα από άτομα του άνθρακα. Τώρα τα buckyballs τοποθετούνται μέσα στους νανοσωλήνες και μας κάνουν τα "peapods", που θα μπορούσαν να δείξουν την κατεύθυνση που θα πάρουν τα μελλοντικά ηλεκτρονικά κυκλώματα.

Έτσι τα peapods είναι νέες ηλεκτρονικές διατάξεις από buckyballs (C₆₀), που παρεμβάλλονται στους νανοσωλήνες από άνθρακα για να τροποποιήσουν τις ηλεκτρονικές ιδιότητες του υλικού.

Στην έκδοση της Παρασκευής 4/1/2002 του περιοδικού Science, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Ιλλινόις Ούρμπανα και του Πανεπιστημίου της Πενσυλβανίας αναφέρουν ότι αυτά τα νανοσκοπικά peapods έχουν ηλεκτρονικές ιδιότητες που μπορούν να μεταβληθούν. Αυτή η εύρεση θα μπορούσε να έχει σημαντικές επιπτώσεις για την κατασκευή των συσκευών που θα βασίζονται σε απλά μόρια, όπως οι δίοδοι, τα τρανζίστορς και τα στοιχεία μνήμης, είπαν οι ερευνητές.  

Αυτή η απεικόνιση με ψευδο-χρώμα απεικονίζει την ατομική δομή ενός μονού στρώματος (single-wall) νανοσωλήνα από  άνθρακα, peapod, με τα πορφυρά buckyball μόρια ενδιάμεσα. Τα πολύχρωμα κύματα των ηλεκτρονίων υπερθέτονται στη νανοδομή, η οποία χαρτογραφήθηκε χρησιμοποιώντας ένα μικροσκόπιο με σάρωση μέσω σήραγγος (scanning tunneling microscope).

Τέτοιες συσκευές θα μπορούσαν να λειτουργήσουν σε κλίμακες πολύ μικρότερες από την παρούσα παραγωγή των βασισμένων συσκευών στο πυρίτιο-- που προκαλούν φαντασιώσεις για υπερταχείς υπολογιστές και  αισθητήρες τόσο μικροσκοπικούς, που θα μπορούσαν να ελέγξουν την υγεία σας από το εσωτερικό του σώματος σας, στο αίματός σας.        

Η πιό πρόσφατη έρευνα έδωσε την υπόσχεση της μετατροπής του νανοσωλήνα από άνθρακα, όπως είναι το πυρίτιο της νανοηλεκτρονικής: Ακριβώς όπως το πυρίτιο μπορεί "να ενωθείί" με άλλες ουσίες για να δημιουργήσει τα ημιαγωγικά στοιχεία του κυκλώματος, έτσι και τα μόρια του άνθρακα θα μπορούσαν να συγκεντρωθούν μέσα στους νανοσωλήνες για να δημιουργήσουν εντυπωσιακά μικρότερα κυκλώματα που προσαρμόστηκαν για μια συγκεκριμένη ηλεκτρονική λειτουργία, είπε ο Ali Yazdani, έναν καθηγητής της φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Ιλλινόις και ένα μέλος της ερευνητικής ομάδας.

"Πριν από το πείραμα... δεν ξέραμε ότι το εσωτερικό της ουσίας θα μπορούσε να αλληλεπιδράσει, ηλεκτρονικά, αρκετά για να τροποποιήσει τις ιδιότητες των νανοσωλήνων", είπε αυτός στο MSNBC

Εξετάζοντας το Peapods

Τα δείγματα του peapod παρήχθησαν χρησιμοποιώντας μοριακές τεχνικές από το David Luzzi και την ομάδα του στο Penn, οι οποίες ήταν οι πρώτες για να συνθέσουν αυτές τις σύνθετες νανοδομές.

"Όταν δημιουργήσαμε αρχικά τα peapods, έδωσαν την πρώτη λάμψη μιας εργαλειοθήκης των νανο-υλικών που θα μπορούσαν να δώσουν την ίδια άριστη μηχανική αντοχή και τη θερμική αγωγιμότητα των νανοσωλήνων αλλά θα είχαν κι άλλες ιδιότητες που θα μπορούσα να αλλάζουν κατά βούληση -- οπτικές, ηλεκτρικές ή καταλυτικές -- για να παρέχουν τη διαφορετική λειτουργία που απαιτείται για τις ενσωματωμένες και σύνθετες νανοσυσκευές", είπε ο Luzzi, ένας καθηγητής της επιστήμης των υλικών και της εφαρμοσμένης μηχανικής στο Penn.

"Αυτή η εργασία επιβεβαιώνει ότι αυτά τα υλικά δεν είναι μπιζέλια (peas) σε έναν λοβό αλλά πραγματικά peapods, ένα απολύτως νέο υλικό."

Για να ερευνήσουν τις ιδιότητες των peapods, ο Yazdani και ο σπουδαστής Daniel Hornbaker, χρησιμοποίησαν ένα μικροσκόπιο με σάρωση μέσω σήραγγος, χαμηλής θερμοκρασίας, που φτιάχθηκε στο Πανεπιστήμιο Ιλλινόις. Η συσκευή αυτή επέτρεψε στους ερευνητές να χαρτογραφήσουν τη φυσική δομή των μεμονωμένων peapods, καθώς επίσης και την κίνηση των ηλεκτρονίων μέσα σε αυτά. Διαπίστωσαν ότι τα τοποθετημένα σε κάψα buckyballs, γνωστά επίσης ως buckminsterfullerenes , τροποποίησαν τις ηλεκτρονικές ιδιότητες του νανοσωλήνα χωρίς επιρροή της ατομικής δομής του.

Ωθώντας τα μπιζέλια (peas)

Για να καταδείξουν περαιτέρω τη σημασία των buckyballs στον καθορισμό των ηλεκτρονικών ιδιοτήτων των peapods, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το μικροσκόπιο με σάρωση μέσω σήραγγος, για να χειριστούν τα τοποθετημένα σε κάψα μόρια. Ήταν έπειτα ικανοί να συγκρίνουν τις μετρήσεις που εκτελέσθηκαν στο ίδιο τμήμα του νανοσωλήνα με και χωρίς τοποθετημένα στην κάψα, buckyballs.

"Εάν ρυθμίσετε την απόσταση μεταξύ των σφαιρών, κατόπιν μπορείτε να αρχίσετε να συντονίζετε τον τρόπο που τα ηλεκτρόνια κινούνται μέσα σε αυτό το υλικό,"  είπε ο Yazdani.

Ο χειρισμός των buckyballs μέσα στους νανοσωλήνες θα μπορούσε ακόμη και να χρησιμοποιηθεί για να δημιουργήσει τις συσκευές μνήμης μοριακής-κλίμακας, γνωστές ως "bucky shuttles", είπε ο Yazdani.