Malzeme bilimi açısından önemli bir gelişmede, araştırmacılar ilk kez kararlı ve öngörülebilir özelliklere sahip niyobyum sülfür metalik nanotüpler üretmeyi başardılar. Uluslararası bir ekip, uzun zamandır beklenen bu başarıyı beklenmedik bir malzeme olan sofra tuzunu kullanarak elde etti. Araştırmacılar, nanomalzeme araştırmalarında uzun zamandır beklenen bir hedef olan kararlı özelliklere sahip metalik nanotüplerin geliştirilmesinin, kuantum hesaplamada potansiyel ilerlemelere olanak sağlamanın yanı sıra daha hızlı elektronik ve daha verimli elektrik iletimine yol açabileceğini belirtti.
Nanotüpler, binlercesi bir insan saçının genişliğine sığabilecek kadar küçük, ultra küçük silindirik yapılardır. Atom tabakalarının yuvarlanmasıyla oluşturulan bu içi boş tüpler, çelikten daha güçlü ancak plastikten daha hafif olabilir, ısıyı verimli bir şekilde iletebilir ve elektriği minimum dirençle iletebilirler.
YENİ NESİL TEKNOLOJİLER
Bu olağanüstü özellikler, nanotüpleri elektronik, enerji ve kuantum araştırmalarında yeni nesil teknolojiler için oldukça umut verici kılıyor. Penn State Malzeme Araştırma Enstitüsü'ndeki araştırmacılara göre, nanotüplerin özellikleri, belirli atom bileşimleri seçilerek hassas bir şekilde ayarlanabilir. Bu ayarlanabilirlik, yüksek hızlı elektronik ve süperiletkenliği geliştirme potansiyeline sahip gerçek bir metalik form olan niyobyum disülfür nanotüplerin oluşturulmasına olan ilgiyi artırdı.
Yakın zamana kadar bilim insanları, yarı iletken veya yarı metal görevi görebilen karbondan ve bir yalıtkan olan bor nitrürden nanotüpler üretebiliyorlardı. Ancak, kararlı metalik nanotüpler üretmek, metallerin atom ölçeğindeki karmaşık davranışları nedeniyle hâlâ çözülememiş bir sorundu. Penn State Malzeme Araştırma Enstitüsü'nde profesör olan Slava V. Rotkin, bu yeni metalik kabukların, yalıtkan veya yarı iletken versiyonlarda imkansız olan süperiletkenlik ve manyetizma gibi fenomenleri prensipte gösterebileceğini belirtti. Rotkin, önceki yarı metal karbon nanotüplerin düşük elektron yoğunluğu nedeniyle bu özellikleri gösteremediğini ekledi.
BEKLENMEDİK KATKI: TUZ
Araştırma ekibi, yığın halinde süperiletkenlik göstermesiyle bilinen bir metal olan niyobyum disülfürü, yalnızca bir metrenin milyarda biri genişliğinde nanotüplere başarıyla dönüştürdü. Karbon ve bor nitrür nanotüplerden yapılmış bir şablon kullanarak, malzemeden rulo şeklinde bir boru yapısı oluşturmayı başardılar. Bu tür malzemeler genellikle düz levhalar oluşturmayı tercih ettiğinden önemli bir başarıydı.
Araştırmacılar, sürecin kritik bir aşamasında çok az miktarda sıradan tuz eklediğinde, metalin yayılmak yerine şablonun etrafına sarılmasını sağlayarak kararlı nanotüp kabuklarının oluşmasını sağlayan çığır açan bir gelişme yaşandı.
ATOM ÖLÇEĞİNDE KAPASİTÖR
Beklenmedik bir şekilde, ortaya çıkan nanotüpler çoğunlukla iç içe geçmiş silindir çiftlerini andıran çift katmanlı yapılar halinde oluştu. Bu konfigürasyonun, elektronların katmanlar arasında hareket ederek yapıyı atom ölçeğinde bir kapasitör gibi sabitlediği ve enerji açısından avantajlı olduğu görüldü. Hesaplamalı modelleme bu mekanizmayı destekleyerek, katmanlar arasındaki etkileşimin nanotüplerin bütünlüğünü korumada kilit rol oynadığını ortaya koydu.
PÜRÜZSÜZ YÜZEY FARKI
Niyobyum disülfür nanotüplerinin boru şeklindeki şekli, nanometre ölçeğinde üretimde uzun süredir devam eden bir zorluğun da üstesinden geliyor. Genellikle performansı düşüren pürüzlü kenarlara sahip düz malzemelerden oyulmuş nanotellerin aksine, haddelenmiş borular öngörülebilir özelliklere sahip pürüzsüz ve kesintisiz yüzeylere sahip. Araştırmacılara göre bu yapısal hassasiyet, metalik nanotüpleri atom düzeyinde güvenilirlik gerektiren yeni nesil elektronik, süperiletken ve kuantum cihazları için ideal hale getirebilir.
