Un nanotube pourrait être idéal pour les applications électroniques, mais il y a de nouvelles preuves que deux pourraient être des sommets.

Les ingénieurs de l'Université Rice savaient déjà que la taille compte lors de l'utilisation de nanotubes de carbone à paroi simple pour leurs propriétés électriques. Mais jusqu'à maintenant, personne n'avait étudié comment les électrons agissent lorsqu'ils sont confrontés à la structure en forme de poupée russe des tubes à parois multiples.

Le théoricien des matériaux du laboratoire Rice Boris Yakobson a maintenant calculé l'impact de la courbure des nanotubes de carbone semi-conducteurs à double paroi sur leur tension flexoélectrique, une mesure du déséquilibre électrique entre les parois interne et externe du nanotube.

Cela affecte la pertinence des paires de nanotubes imbriqués pour les applications nanoélectroniques, notamment le photovoltaïque.

La recherche théorique du groupe Brown School of Engineering de Yakobson apparaît dans le journal de l'American Chemical Society Lettres nano .

Dans une étude de 2002, Yakobson et ses collègues de Rice avaient révélé comment le transfert de charge, la différence entre les pôles positifs et négatifs qui permet à la tension d'exister entre l'un et l'autre, s'adapte linéairement à la courbure de la paroi du nanotube. La largeur du tube dicte la courbure, et le laboratoire a découvert que plus le nanotube est fin (et donc plus la courbure est grande), plus la tension potentielle est élevée.

Lorsque les atomes de carbone forment du graphène plat, les densités de charge des atomes de part et d'autre du plan sont identiques, dit Yakobson. Courber la feuille de graphène en un tube brise cette symétrie, changer l'équilibre.

Cela crée un dipôle local flexoélectrique dans la direction de, et proportionnel à, la courbure, selon les chercheurs, qui a noté que la flexoélectricité du carbone 2-D "est un effet remarquable mais aussi assez subtil".

Mais plus d'un mur complique grandement l'équilibre, modifier la distribution des électrons. Dans des nanotubes à double paroi, la courbure des tubes intérieur et extérieur diffère, donnant à chacun une bande interdite distincte. En outre, les modèles ont montré que la tension flexoélectrique de la paroi externe décale la bande interdite de la paroi interne, créer un alignement de bande décalé dans le système imbriqué.

"La nouveauté est que le tube inséré, la matriochka « bébé » (à l'intérieur) a tous ses niveaux d'énergie quantique déplacés en raison de la tension créée par le nanotube extérieur, " a déclaré Yakobson. L'interaction de différentes courbures, il a dit, provoque une transition de bande interdite chevauchante à décalée qui se produit à un diamètre critique estimé d'environ 2,4 nanomètres.

"C'est un énorme avantage pour les cellules solaires, essentiellement une condition préalable à la séparation des charges positives et négatives pour créer un courant, " dit Yakobson. " Quand la lumière est absorbée, un électron saute toujours du haut d'une bande de valence occupée (en laissant un trou « plus » derrière) à l'état le plus bas de la bande de conductance vide.

"Mais dans une configuration décalée, ils se trouvent dans des tubes différents, ou couches, ", a-t-il déclaré. "Le "plus" et le "moins" se séparent entre les tubes et peuvent s'écouler en générant du courant dans un circuit."

Les calculs de l'équipe ont également montré que la modification des surfaces des nanotubes avec des atomes positifs ou négatifs pourrait créer des "tensions substantielles de l'un ou l'autre signe" jusqu'à trois volts. « Bien que la fonctionnalisation puisse fortement perturber les propriétés électroniques des nanotubes, il peut s'agir d'un moyen très puissant d'induire une tension pour certaines applications, " ont écrit les chercheurs.

L'équipe a suggéré que ses résultats pourraient s'appliquer à d'autres types de nanotubes, y compris le nitrure de bore et le bisulfure de molybdène, seuls ou en hybrides avec des nanotubes de carbone.