Индексы хиральности нанотрубок.

Важный параметр однослойной углеродной нанотрубки (УНТ)- хиральность, которая определяется углом ориентации графитовой плоскости по отношению к оси трубки. В общем случае нанотрубки обладают винтовой осью симметрии (тогда они хиральны). Нехиральными оказываются нанотрубки (n,0) и (n,n), в которых углеродные шестиугольники ориентированы параллельно и перпендикулярно оси цилиндра, соответственно. По внешнему виду поперечного среза, нанотрубки (n,0)называют нанотрубки типа "зигзаг", а нанотрубки (n,n) нанотрубками типа "кресло". Индексы хиральности, характеризующие величину этого угла,определяют основные электронные свойства нанотрубок. В частности, нанотрубни с углом хиральности, равным нулю, обладают металлической проводимостью, а нанотрубки с ненулевым углом хиральности могут быть полупроводниками с шириной запрещенной зоны, зависящей от индексов или угла хиральности. Понятно стремление исследователей научиться синтезировать УНТ заданными индексами хиральности - ведь в случае успеха они получат возможность изготавливать элементы электронных схем с любыми характеристиками. Однако в настоящее время не решена даже более простая задача оперативного определения индексов хиральностинанотрубки, а без решения этой задачи трудно представить себе дальнейшее продвижение на пути развития углеродной наноэлектроники.

Индексы хиральности однослойной нанотрубки (m,n) однозначным образом определяют ее диаметр D. Эта связь имеет следующий вид:

где -расстояние между соседними атомами углерода в графитовой плоскости. Связь между индексами хиральности (m,n) и углом θ дается соотношением:

Электронные и колебательные свойства УНТ существенным образом зависит от типа трубок.

Если разница кратна 3,такие УНТ обладают металлическими свойствами. Полуметаллами являются также все ахиральные трубки типа "armchair". В других случаях УНТ показывают полупроводниковые свойства.

Спектр возможного применения нанотрубок очень широк

Из нанотрубок можно сделать, например, унмкальные провода для микроприборов. Уникальность их заключается в том, что ток протекает по ним практически без выделения тепла и достигает громадного значения - А/ . Классический проводник при таких значениях мгновенно бы испарился.

Разработано также несколько применений нанотрубок в компьютерной индустрии: эмиссионные мониторы с плоским экраном, работающие на матрице из нанотрубок. Под действием напряжения, прикладываемого к одному из концов нанотрубки, другой конец начинает испускаться электроны, которые попадают на фосфоресцирующий экран и вызывает свечение пикселя. Получающееся при этом зерно изображения будет фантастически малым: порядка микрона!

Другой пример- использование нанотрубки в качестве иглы сканирующего микроскопа. Обычно такое острие представляет собой остро заточенную вольфрамовую иглу, но по атомным меркам такая заточка все равно достаточно грубая. Нанотрубка же представляет собой идеальную иглу диаметром порядка нескольких атомов. Прикладывая определенное напряжение, можно подхватывать атомы и целые молекулы, находящиеся на подложке непосредственно под иглой, и переносить их с места на место.

Необычные электрические свойства нанотрубок сделают их одним из основных материалов наноэлектроники. На их основе изготовлены новые элементы для компьютеров. Эти элементы обеспечивают уменьшение устройств по сравнению с кремниевыми на несколько порядков. Сейчас активно обсуждается вопрос о том, в какую сторону пойдет развитие электроники после того, как возможности дальнейшей миниатюризации электронных схем на основетрадиционных полупроводников будут полностью исчерпаны. И нанотрубкамотводится бесспорно лидирующее положение среди перспективных претендентов на место кремния.

Еще одно применение нанотрубок в наноэлектронике - создание полупроводниковых гетероструктур, т.е. структур типа "металл/полупроводник" или стык двух разных полупроводников (нанотранзисторы).