کشف خواص جدید در نانولوله‌های کربنی

افزاره‌های تک‌الکترونی به‌عنوان راهی برای انجام محاسبات و سایر کاربردهای
الکترونیکی در نظر گرفته می‌شوند؛ به گونه‌ای که در عین کوچک بودن، ظرفیت‌های
عملیاتی بزرگی را مهیا می‌کنند. این افزاره‌ها توانایی انجام کاوش‌های بنیادی قابل
کنترلی از حالت‌های کوانتومی، را نیز دارند. اکنون یک گروه از دانشمندان کره‌ای،
پیش‌ماده‌ای برای چنین افزاره‌های تک‌الکترونی یافته‌اند. آنها با تمرکز روی
ساختارهای الکترونیکی بررسی‌نشده‌ای از نانولوله‌های کربنی، افزاره نقطه کوانتومی
‌از نانولوله‌های کربنی دو‌دیواره ساخته‌اند.

مان – سو چوئی، یک دانشمند از دانشگاه کره، می‌گوید: «راه‌های بسیار زیادی برای
ساختن نقطه‌های کوانتومی وجود دارد. ما نانولوله کربنی را انتخاب کردیم و علت آن
کوچکی و طرز ساخت ساده آن نیست؛ بلکه ساختارهای بسیار متقارن آن در انتقال الکترون
است».
گروهی از آزمایشگران دانشگاه کره بعضی از خواص یک نانولوله دو‌دیواره را که با
موارد مربوط به تک‌دیواره متفاوت است، بررسی کردند. چوئی می‌گوید: «قبلاً، افراد
فکر می‌کردند که‌دیواره‌های داخلی نانولوله‌های چند‌دیواره در جریان الکترونی سهمی
ندارند. با این حال، داده‌هایی که من تفسیر کرده‌ام نشان می‌دهد که ‌دیواره داخلی
هم می‌تواند سهیم باشد».
وی توضیح می‌دهد که تقارن استوانه‌ای و برهم‌کنش قوی الکترون – الکترون در یک
نانولوله کربنی، هر ‌دیواره را با یک ساختار چهار – الماسی تهیه می‌کند. در تک‌دیواره،
این ساختار، تقارن زیبایی می‌سازد و ساختار الکترونیکی جالبی را با خواص مکانیکی
کوانتومی ایجاد می‌کند؛ اما تاکنون دانشمندان چنین وضعی را فقط در نانولوله‌های
کربنی تک‌دیواره مشاهده کرده‌اند. چوئی فکر می‌کند که علت این امر احتمالاً ناشی از
نقایص موجود در نانولوله‌های کربنی چند‌دیواره است.
او می‌گوید: «با این حال، ما این تقارن را در ‌دیواره داخلی یک نانولوله کربنی دو‌دیواره
مشاهده کردیم». به گفته او، افزاره نقطه کوانتومی ساخته‌شده‌ به‌وسیله گروهش، یک
ساختار هشت – الماسی از خود نشان می‌دهد: برای هر ‌دیواره چهار تا. الگوهای ‌دیواره
داخلی و خارجی به گونه‌ای نظم می‌گیرند که تنها یک ساختار این چنینی ایجاد می‌شود.

دانشمندان کره‌ای یافتند که ‌دیواره‌های داخلی و خارجی نانولوله کربنی با هم برهم‌کنش
دارند. با استفاده از یک ولتاژ گیت برای تنظیم‌ کردن تعداد الکترون‌ها در داخل
نانولوله، آنها قادر به آزمایش خواص الکترونی آن ‌شدند. چوئی توضیح می‌دهد: «تغییر
ولتاژ گیت الگوهای‌دیواره‌ها را جابه‌جا می‌کند. الگوی ‌دیواره خارجی به طور آنی از
این تغییرات پیروی می‌کند؛ ولی ‌دیواره داخلی عقب می‌ماند و علت انطباق نداشتن گه‌گاه
جابه‌جایی الگوی ‌دیواره‌ها با هم، نیز همین امر است». او قصد دارد به این نکته
برسد که این برهم‌کنش ‌دیواره‌هاست که باعث توانایی‌های جالب گشته‌است.
او می‌گوید: «اگر ما می‌توانستیم این یافته را در یک جریان واقعی مشاهده کنیم،
آنگاه می‌توانستیم آن را مطالعه کنیم و احتمالاً توانایی دستکاری این حالت کوانتومی
در ساختار نانو برای کنترل حالت مکانیک کوانتومی الکترون‌ها را نیز داشتیم و هم‌اکنون
به‌دلیل فناوری موجود این کار میسر نیست؛ ولی راهی برای مهندسی کوانتومی در افزاره‌های
تک الکترونی گشوده شده‌است».
نتایج این تحقیق در مجلهPhysical Review Letters منتشر شده‌است.