Графенові наноструктури із зигзагоподібними краями демонструють багато технологічних перспектив завдяки своїм відмінним електронним і магнітним властивостям. На жаль, високореактивні краї цих так званих графенових нанострічок (GNR) швидко руйнуються під впливом повітря, що обмежує їх практичне застосування. Команда в Іспанії та Чехії розробила дві нові стратегії їхнього захисту. Ці стратегії можна також поширити на інші типи технологічно важливих наноструктур на основі вуглецю.
GNRS особливі, тому що поведінку їхніх електронів можна налаштувати від металоподібної до напівпровідникової, просто регулюючи довжину чи ширину стрічок, змінюючи структуру їхніх країв або додаючи до них невуглецеві атоми. За допомогою цих методів матеріали також можна зробити магнітними. Універсальність GNR робить їх перспективними будівельними блоками для багатьох додатків, включаючи квантові технології.
Проблема полягає в тому, що виняткові властивості GNR залежать від наявності зигзагоподібних сегментів уздовж їх країв, і ці сегменти (на відміну від країв у формі крісла) нестійкі на повітрі. Це означає, що GNR потрібно зберігати у вакуумі, що ускладнює їх використання в реальних програмах.
sp3 конфігурація підвищує стійкість повітря
У новій роботі три дослідницькі групи – під керівництвом Дімас Г де Отейза в Дослідницький центр наноматеріалів і нанотехнологій (CINN) в Ель-Ентрего, Іспанія; Дієго Пенья від CiQUS, Університет Сантьяго-де-КомпостелаІ Павло Єлінек в Інститут фізики Чеської академії наук – досліджували вузькі смужки графенових нанострічок з великою щільністю зигзагоподібних країв. Вони виявили, що при гідрогенізації атоми вуглецю в наноструктурах регібридизуються в sp3 конфігурації, що підвищує їх стійкість на повітрі. Конструкції можна повернути до початкового стану, просто нагрівши їх. Крім того, дослідники виявили, що вони можуть зробити наноструктури стабільними, функціоналізувавши їх бічними групами кетону. Ця окислена форма матеріалу також стійка до багатьох інших хімічних речовин і може бути перетворена назад у первинну форму шляхом гідрування та відпалу в умовах вакууму. В обох випадках захищені GNR зберігають електронні властивості первинних наноструктур.
«Наші стратегії захисту дозволяють нам виводити ці молекули з інертного вакуумного середовища, не погіршуючи їх», — розповідає Отейза. Світ фізики. «Ці методи можуть бути екстрапольовані на різні GNR і наноструктури на основі вуглецю, а також на різні функціональні групи, що дозволяє використовувати ці зигзагоподібні вуглецеві матеріали в масштабованих реальних додатках».
Здавлені вуглецеві нанотрубки утворюють гладкі нанострічки
Проте, перш ніж це стане можливим, Отейза та його колеги визнають, що існують проблеми, які необхідно подолати. «По-перше, кроки «зняття захисту» все ще вимагають умов вакууму», — пояснює Пенья. «Це означає, що хоча ми можемо розмістити цікаві для нас молекули у відповідних структурах пристроїв для масштабованих програм, пристрої все одно повинні працювати у вакуумі».
Тому буде потрібен додатковий крок, а саме захист структури всього пристрою на основі GNR таким чином, щоб не впливати на хімію молекули. «Це одна з головних проблем, з якою нам потрібно впоратися», — каже Єлінек.
Дослідження опубліковано в Хімія природи.
