1.2. Производство нанотрубных щипчиков

Используя процессы манипуляции, описанные выше, в настоящее время отработана технология расположения двух параллельных нанотрубок на пирамидальной вершине Si, которые, и являются аналогом щипцов [7.4]. Для нанотрубных щипцов две электрически связанные проволочки, соединенные с нанотрубками, были приготовлены на вершине Si. Пленкой Ti/Pt покрывалась вершина пирамиды и связывалась с тремя проводящими дорожками, выполненными из Al, что приводило к формированию кантилевера путем использования обычной литографической техники, как показано на рис. 7.3 а. Пленка Ti/Pt была разделена на две части остро сфокусированным ионным лучом. Эти две независимые полоски связывались с одной или двумя алюминиевыми полосками, как показано на рис. 7.3 b. Чтобы управлять щипцами, прикладывалось напряжение между разделенными частями пленки Ti/Pt через Al дорожки. После монтажа двух нанотрубок на вершине пирамиды кремния, нанотрубные «руки» покрывают тонкой углеродной пленкой (толщиной от одного до нескольких нм), изолированной снаружи, где использована изолирующая природа углеродных пленок. Предварительно через нанесенную тонкую

Рис. 7.3. Изображения СЭМ кремниевого кантилевера, используемого в качестве основы для нанотрубных щипцов. (а) Пленка Ti/Pt покрывающая вершину и связанная с тремя Al линиями расположенными на кантилевере; (b) Пленка Ti/Pt, разделенная на две части фокусированным ионным лучом и две связи связывающие одну и две Al линии, соответственно

пленку углерода пропускается очень большой ток, когда две нанотрубные «руки» соединены, т.е. притягиваются друг к другу или притягивают проводящие частицы. Рис. 7.4 а показывает СЭМ картины приготовленных типичных пар нанотрубных щипцов. Две «руки» нанотрубок фиксируются приблизительно на вершине пирамиды из кремния. Их длина составляет 2,5 мкм, и они разделены между вершинами на расстояние 780 нм.

Рис. 7.4. Изображения нанотрубных щипцов, полученных при различных приложенных напряжениях: (а) U=0; (b) – 2 В; (с) – 4 В; U(d) > 4,5 B. (Сканирующая электронная микроскопия).

1.3. Использование зависимости электрических свойств нт от механической нагрузки

В нанотрубках обнаружен электромеханический эффект [178]. Сущность его состоит в значительном изменении электрической проводимости нанотрубки даже при небольшом изгибе. Таким образом, нанотрубка оказалась способна преобразовывать механическую энергию в электрическую и обратно.

Электромеханические характеристики металлической одностенной углеродной нанотрубки были изучены при воздействии острия атомно-силового микроскопа на нанотрубку (рис. 99).

В эксперименте нанотрубка располагалась на подложке в контакте с двумя металлическими электродами. Центральная часть нанотрубки свободно провисала над подложкой, т. к. в этой области подложки предварительно протравляли канавку шириной около 600 нм, так, чтобы нанотрубка могла прогибаться при механическом воздействии острия микроскопа. В процессе измерений записывали временные зависимости возвратно-поступательных перемещений острия микроскопа и сопровождаемые ими вариации электропроводности нанотрубки.

Установлено, что при смещении центра нанотрубки на величину  требуется приложение силы, пропорциональной кубу величины : F() = 8YA (/l)³, где А — поперечное сечение нанотрубки, а Y — ее модуль Юнга, оцененный в 1,2 ТПа.

М ожно видеть, что деформация нанотрубки сопровождается уменьшением проводимости. Вариации проводимости обратимы — при снятии нагрузки полностью восстанавливаются и механические, и электрические свойства нанотрубки. При  = 80 нм наблюдается более чем стократное падение проводимости.

Численные расчеты, выполненные в рамках метода молекулярной динамики, свидетельствуют о том, что сильные вариации электропроводности при изгибе нанотрубки обусловлены локальными изменениями гибридизации атомов С в области изгиба с sp² на sp³.

Изменение электрических свойств нанотрубок под действием механической деформации может использоваться в разнообразных электромеханических устройствах — там, где требуется преобразование механического сигнала в электрический. Простейшим из возможных применений этих эффектов может стать микрофон с активным преобразователем на основе нанотрубок. Это будет самый крошечный «жучок» с отличными частотными характеристиками.