Les bases de la fabrication des nanotubes de carbone sont connues. Des feuilles de graphène minces à un seul atome sont immergées dans une solution (généralement de l'eau), les faisant ressembler à une assiette de spaghettis emmêlés. Le faisceau de nanotubes enchevêtrés est ensuite dynamité par des ondes sonores de haute intensité qui créent des cavités (ou des vides partiels) dans la solution. Les bulles qui émergent de ces cavités se dilatent et s'effondrent si violemment que la chaleur dans le noyau de chaque bulle peut atteindre plus de 5, 000 degrés Kelvin, proche de la température à la surface du soleil. Pendant ce temps, chaque bulle se comprime à une accélération 100 milliards de fois supérieure à la gravité. Compte tenu de la formidable énergie impliquée, il n'est guère surprenant que les tubes sortent à des longueurs aléatoires. Les techniciens utilisent des tamis pour obtenir des tubes de la longueur souhaitée. La technique est inexacte en partie parce que personne n'était sûr de la cause de la fracture des tubes.

Les scientifiques des matériaux ont d'abord pensé que les températures très élevées provoquaient la déchirure des nanotubes. Un groupe de chercheurs allemands a suggéré que ce sont les boomlets soniques causés par l'effondrement des bulles qui ont séparé les tubes, comme une corde tirée si violemment à chaque extrémité qu'elle finit par se déchirer.

Kim, Le chercheur postdoctoral Brown Huck Beng Chew, et les ingénieurs de l'Institut coréen des sciences et de la technologie ont décidé d'approfondir leurs recherches. Ils ont conçu des simulations de dynamique moléculaire complexes à l'aide d'un ensemble de superordinateurs pour déterminer ce qui a causé la rupture des nanotubes de carbone. Ils ont découvert que plutôt que d'être séparés, comme l'avaient pensé les chercheurs allemands, les tubes étaient fortement comprimés des deux côtés. Cela a provoqué un flambage dans une section d'environ cinq nanomètres le long des tubes appelée zone de compression-concentration. Dans cette zone, le tube est torsadé en plis alternés à 90 degrés, de sorte qu'il ressemble assez à une hélice.

Cette découverte n'expliquait toujours pas complètement comment les tubes sont coupés. Grâce à des simulations plus informatisées, le groupe a appris que la force puissante exercée par les bangs soniques des bulles provoquait le tir d'atomes de la fondation en treillis du tube comme les balles d'une mitrailleuse.

"C'est presque comme si une orange était pressée, et le liquide jaillit de côté, ", a déclaré Kim. "Ce type de fracture par éjection d'atomes par compression n'a jamais été observé auparavant dans aucun type de matériaux."

L'équipe a confirmé les simulations informatisées grâce à des tests de laboratoire impliquant la sonication et la microscopie électronique de nanotubes de carbone à paroi unique.

Le groupe a également appris que la coupe de nanotubes de carbone à paroi unique à l'aide d'ondes sonores dans l'eau crée de multiples plis, ou des zones courbées, sur toute la longueur des tubes. Les nœuds sont "des jonctions intramoléculaires très attractives pour la construction d'électronique à l'échelle moléculaire, ", ont écrit les chercheurs.