تبدیل نانولوله‌های فلزی به نیمه‌‌هادی

محققان دانشگاه رایس به بررسی اثر برهم‌کنش موجود میان ذرات باردار و میدان مغناطیس پرداختند و اثر این برهم‌کنش را در نانولوله‌های کربنی مطالعه کردند و دریافتند که میدان مغناطیسی می‌تواند نانولوله‌های با هدایت بالا را به نانولوله‌های نیمه‌هادی تبدیل کند.

نانولوله‌های کربنی به‌دلیل داشتن قابلیت عبور دادن الکترون از خود، قابل استفاده در بخش‌های مختلف از الکترونیک تا انرژی هستند؛ اما چه کسی می‌دانست که مغناطیس می‌تواند حرکت الکترون‌ها را در این مواد متوقف کند. محققان دانشگاه رایس به بررسی اثر برهم‌کنش موجود میان ذرات باردار و میدان مغناطیس پرداختند و اثر این برهم‌کنش را در نانولوله‌های کربنی مطالعه کردند و دریافتند که میدان مغناطیسی می‌تواند نانولوله‌های با هدایت بالا را به نانولوله‌های نیمه‌‌هادی تبدیل کند.

با اعمال یک میدان مغناطیسی به ماده، فاصله‌ی موجود میان باند ظرفیت و باند هدایت افزایش می‌یابد که این امر منجر به عایق شدن ماده می‌گردد، از این رو می‌توان از این ویژگی در تبدیل مواد رسانا به نیمه‌هادی استفاده کرد و یا بین این دو حالت، سوئیچ کرد.

برای بررسی این ویژگی روی نانولوله‌های کربنی، محققان دانشگاه رایس، مؤسسه‌ی ملی فناوری و استاندارد آمریکا و مؤسسه‌ی ملی علوم مواد ژاپن ، به بررسی قابلیت‌های مغناطیسی انواع نانولوله‌های کربنی پرداخته، دریافتند که نانولوله‌های فلزی بیشتر از نانولوله‌های نیمه‌‌هادی به میدان مغناطیس عکس‌العمل نشان می‌دهند. ظاهر نانولوله‌ها بسیار شبیه هم است، اما در نگاه نزدیک مشخص می‌شود که نانولوله‌های تقارن متفاوتی دارند و بر اساس این تفاوت در تقارن، برخی نیمه‌هادی و برخی دیگر فلزی هستند.

محققان آمریکایی برای انجام تست‌های تکمیلی راهی ژاپن شدند تا در آزمایشگاه مغناطیس سوکوبو ـ که دارای دومین دستگاه الکترومغناطیس بزرگ جهان است ـ مطالعات خود را تکمیل کنند. آنها در آنجا با اعمال میدان مغناطیسی ۳۵ تسلا بر نانولوله‌ها، دریافتند که نانولوله‌های فلزی، به‌خصوص آنهایی که پیکربندی صندلی داشتند، ۲ تا ۵ برابر بیشتر از نانولوله‌های نیمه‌هادی در برابر میدان مغناطیسی عکس‌العمل نشان می‌دهند. از آنجا که قطر نانولوله‌ها ۰٫۷ تا ۰٫۸ نانومتر و طولشان ۵۰۰ نانومتر بود، این نتیجه نمی‌توانست مربوط به اختلاف اندازه‌ی نانولوله‌ها باشد.

آنها ادامه‌ی تحقیقات‌ خود را با خالص‌سازی نانولوله‌ها از طریق سوپرسانتریفیوژ دنبال کردند. به نظر این گروه، خالص‌سازی کمک می‌کند تا اطلاعات ویژه‌ی بیشتری درباره‌ی تأثیرپذیری از میدان مغناطیسی در نانولوله‌ها به دست آید. علاوه‌‌بر این محققان تصور می‌کنند که با بزرگ‌تر شدن طول نانولوله‌های فلزی تأثیرپذیری آنها نیز در میدان مغناطیسی افزایش یابد.

این نتایج ثابت کرد که نانولوله‌های فلزی با نیمه‌هادی تفاوت بسیاری دارد. آنها نتایج کار خود را در نشریه‌ی Physical Review Letters به چاپ رساندند.