Wissenschaftler fädeln Reihen von Metallatomen in Nanofaserbündel ein

Neuauflage von Plato

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04 (Nanowerk-Neuigkeiten) Forschern der Tokyo Metropolitan University ist es gelungen, Indiummetallatome zwischen einzelnen Fasern in Bündeln von Übergangsmetallchalkogenid-Nanofasern einzufädeln. Durch das Eintauchen der Bündel in Indiumgas konnten Reihen von Atomen zwischen die Fasern gelangen und durch Interkalation eine einzigartige Nanostruktur erzeugen. Durch Simulationen und Widerstandsmessungen wurde gezeigt, dass einzelne Bündel metallische Eigenschaften haben, was den Weg für die Anwendung als flexible Nanodrähte in Nanoschaltkreisen ebnet. Über die Arbeit wurde berichtet in (ACS Nano, „Dampfphasen-Indium-Interkalation in Van-der-Waals-Nanofasern atomar dünner W6Te6-Drähte“). Nanostruktur eines ternären 3D-TMC mit einem interkalierenden Element

Nanostruktur eines ternären 3D-TMC mit einem interkalierenden Element

Abbildung 1. (a) 3D-TMC-Kristallstruktur bestehend aus TMC-Nanofasern, umgeben von Einzelatomreihen eines interkalierenden Elements. (b) End- und Seitenansicht einer einzelnen TMC-Nanofaser. Chalkogene sind golden, Übergangsmetalle sind grün und das interkalierende Element ist dunkelviolett. (Bild: Tokyo Metropolitan University) Atomdrähte von Übergangsmetallchalkogenide (TMCs) sind Nanostrukturen, die aus einem Übergangsmetall und einem Element der Gruppe 16 wie Schwefel, Selen und Tellur bestehen. Sie sind in der Lage, sich selbst zu einer Vielzahl von Strukturen mit unterschiedlicher Dimensionalität zusammenzusetzen, was sie zum Kern einer Revolution bei Nanomaterialien macht, die in den letzten Jahren im Mittelpunkt intensiver Forschung stand. Insbesondere eine Klasse von 3D-TMC-Strukturen hat besonderes Interesse geweckt. Sie bestehen aus Bündeln von TMC-Nanofasern, die durch Metallatome zwischen den Fasern zusammengehalten werden und alle im Querschnitt ein wohlgeordnetes Gitter bilden (siehe Abbildung 1). Abhängig von der Wahl des Metalls könnte die Struktur sogar zu einem Supraleiter werden. Darüber hinaus könnten die Bündel dünn gemacht werden, um sie in flexible Strukturen umzuwandeln, die Strom leiten: Dies macht TMC-Nanostrukturen zu einem erstklassigen Kandidaten für den Einsatz als Verdrahtung in Nanoschaltkreisen. Es war jedoch schwierig, diese Strukturen in die langen, dünnen Fasern umzuwandeln, die für eine eingehende Untersuchung erforderlich sind Nanotechnologie Anwendungen. Ein Team unter der Leitung von Assistenzprofessor Yusuke Nakanishi und außerordentlichem Professor Yasumitsu Miyata hat Synthesetechniken für TMC-Nanostrukturen untersucht. In einer aktuellen Arbeit zeigten sie, dass sie lange, dünne Bündel von TMCs (ohne Metall) über beispiellos große Längenskalen erzeugen konnten. Jetzt haben sie eine Dampfphasenreaktion genutzt, um atomar dünne Indiumreihen in dünne Bündel aus Wolframtellurid einzufädeln. Indem ihre langen Nanofaserbündel im Vakuum bei 500 Grad Celsius Indiumdampf ausgesetzt wurden, gelangten die Indiummetallatome in den Raum zwischen den einzelnen Nanofasern, aus denen die Bündel bestehen, und bildeten eine interkalierende (oder überbrückende) Indiumreihe, die die Fasern bindet zusammen. Interkalation von Wolframtellurid mit Indiummetall

Interkalation von Wolframtellurid mit Indiummetall

(a) Schematische Darstellung der atomaren Struktur beider Wolframtellurid-Nanofaserbündel und der endgültigen interkalierten Struktur, zusammen mit Bildern der Rastertransmissionselektronenmikroskopie. (b) Synthetisierte 3D-TMC-Nanofasern auf einem Siliziumsubstrat. (Bild: Tokyo Metropolitan University) Nachdem sie erfolgreich große Mengen dieser gefädelten TMC-Bündel hergestellt hatten, untersuchten sie die Eigenschaften ihrer neuen Nanodrähte. Indem sie den spezifischen Widerstand als Funktion der Temperatur betrachteten, zeigten sie schlüssig, dass sich einzelne Bündel wie ein Metall verhalten und somit Elektrizität leiten. Dies stimmte mit Computersimulationen überein und zeigte auch, wie wohlgeordnet die Strukturen waren. Interessanterweise stellten sie fest, dass sich diese Struktur geringfügig von Massenchargen gebündelter Nanofasern unterschied, da die interkalierten Reihen dazu führten, dass sich jede Nanofaser leicht um ihre Achse drehte. Die Technik des Teams ist nicht nur auf Indium und Wolframtellurid beschränkt, auch nicht auf diese spezielle Struktur. Sie hoffen, dass ihre Arbeit ein neues Kapitel für die Entwicklung von Nanomaterialien und die Erforschung ihrer einzigartigen Eigenschaften anstoßen könnte.