Российские физики выяснили, почему нанотрубки хорошо проводят ток

Физики из МФТИ и институтов РАН нашли объяснение тому, почему нанотрубки из углерода проводят ток так же хорошо, как это делают металлы, говорится в статье, опубликованной в журнале Carbon.

"Полученные нами результаты показывают, что такие пленки из углеродных нанотрубок могут с успехом использоваться в качестве элементов и узлов в различных областях микро- и оптоэлектроники", - заявила Елена Жукова, одна из авторов открытия из Московского физико-технического института в Долгопрудном, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

С момента открытия углеродных нанотрубок в 1991 году им прочили большое будущее в современной промышленности. Они обладают множеством полезных свойств - хорошей электро- и теплопроводностью, высокой прочностью и механической устойчивостью. Первые же эксперименты показали, что нанотрубки крайне сложно применять на практике из-за их малых размеров и сложностей в их соединении и сплетении в единые волокна.

С другой стороны, добавление нанотрубок в другие материалы или их "вставка" в клетки живых существ оказалось более перспективной вещью. К примеру, недавно ученые выяснили, что встраивание нанотрубок в листья растений превращает их в сверхчувствительные детекторы взрывчатки, светящиеся при появлении в воздухе следов их молекул, а также утраивает эффективность фотосинтеза.

Российские ученые неожиданно выяснили, почему нанотрубки проводят электрический ток так же, как это делают металлы, изучая то, как подобные углеродные структуры взаимодействуют со светом и электрическими полями.

Для этого физики изготовили небольшое количество "одинарных" нанотрубок и объединили их в пленки, подобные тем, которые применяются при изготовлении гибких экранов и сенсорных панелей. Затем они просветили их при помощи лучей инфракрасного и терагерцового излучения, наблюдая за тем, как менялся их спектр при прохождении через чистые углеродные наноструктуры, и трубки, содержавшие в себе небольшое количество примесей в виде атомов и ионов меди и хлора.

Изучая поведение нанотрубок при околонулевых и комнатных температурах, ученые неожиданно обнаружили, что "чистые" версии этих наноструктур взаимодействуют со светом и электрическими полями фактически так же, как это делают металлы, помещенные в аналогичные условия. Это открытие радикально противоречит тому, что раньше получали другие группы физиков во время предыдущих экспериментов. По мнению российских ученых, это связано с тем, что их коллеги использовали нанотрубки с большим числом примесей, мешавших раскрытию реальных электрических свойств этих наноконструкций.

Новые данные, как считают авторы статьи, говорят о том, что эта форма углерода проводит ток по тем же принципам, что и обычные металлы - внутри них существует множество свободных электронов, способных перемещаться по нанотрубке и участвовать в передаче колебаний электромагнитного поля.

Это не только объясняет то, почему нанотрубки хорошо проводят ток, но и позволяет гибко управлять их свойствами, используя те же законы, которые сегодня применяются для описания физических свойств металлов. Это, как считают ученые, поможет ускоренному проникновению нанотрубок в электронную промышленность и другие сферы жизни человека.