Ученые из «Сколтеха» и их коллеги разработали методику, которая позволяет очень тонко менять оптические и электронные свойства нанотрубок, покрывая их различными легирующими составами. Первые итоги опытов с ними были представлены в Journal of Physical Chemistry Letters.

«Наш метод позволяет легко настраивать проводимость, положение уровня Ферми и другие параметры для плёнок из однослойных углеродных нанотрубок. Всё это достигается путём варьирования времени осаждения аэрозольных частиц, содержащих легирующие элементы», – рассказывает Алексей Цапенко, аспирант «Сколтеха».

С момента открытия углеродных нанотрубок в 1991 году ученые считали, что их ожидает большое будущее в современной промышленности. У них есть множество полезных свойств – они хорошо проводят тепло и ток, отличаются высокой прочностью и механической устойчивостью. Но первые же опыты показали, что нанотрубки очень сложно использовать на практике из-за их малых размеров и сложностей в их соединении и сплетении в единые волокна.

Большие проблемы, как обнаружили ученые, создает и то, что характеристики нанотрубок резким образом меняются при увеличении их диаметра или повышении числа слоев внутри них. По этой причине большая часть наноматериалов изготавливаются из нанотрубок конкретной толщины и длины, и ошибки при их выращивании часто делают подобную продукцию бесполезной.

На этом, как отмечают Цапенко и его коллеги, обработка нанотрубок не заканчивается. Для их применения в электронике, сочетающей в себе как световые, так и электрические компоненты, необходимо очень четко задать их электрическую проводимость и полупроводниковые свойства, что для чистого углеродного материала сделать достаточно затруднительно.

«На данный момент для увеличения проводимости нанотрубок наиболее часто используют один из трёх методов нанесения легирующих элементов: прокапывание, раскрутка или погружение в раствор. Хотя эти методы и позволяют снизить сопротивление плёнок из нанотрубок примерно в 15 раз, они обладают рядом недостатков, среди которых – пространственная неоднородность и сложность масштабирования», — объясняет Цапенко.

Цапенко и его коллеги по «Сколтеху», а также физики из Финляндии и Эстонии, создали новую методику обработки нанотрубок, которая позволяет очень равномерно и точно наносить легирующие составы на неограниченно большое количество нанотрубок.

Для осуществления этой операции необходимо достаточно простое устройство, порождающее поток из микроскопических капелек спирта, содержащих в себе соли золота или других веществ, которыми планируется «покрасить» углеродные наночастицы. Если пропустить через него струю сжатого воздуха и направить ее на пленки из нанотрубок, они равномерно покроются этим раствором.

После того, как обработка материала заканчивается, капли высыхают, и на поверхности трубок возникает слой из соединений золота или других легирующих веществ с четко выверенной толщиной.

Благодаря этому ученые смогли понизить сопротивление пленок в 25 раз и улучшить их полупроводниковые характеристики, не сильно уменьшив их прозрачность и прочие оптические свойства.

Схожим образом, по словам Цапенко, можно обрабатывать и другие наноматериалы, а также встраивать в них наночастицы из золота и других металлов, интересным образом меняющие их свойства. Все эти опыты, как надеются ученые, ускорят создание «компьютеров будущего» и помогут сделать их более быстрыми и экономичными.