Gli scienziati inseriscono file di atomi di metallo in fasci di nanofibre

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04 marzo 2023 (Notizie Nanowerk) I ricercatori della Tokyo Metropolitan University hanno infilato con successo atomi di indio metallico tra le singole fibre in fasci di nanofibre di calcogenuro di metallo di transizione. Immergendo i fasci nel gas di indio, file di atomi sono stati in grado di farsi strada tra le fibre per creare una nanostruttura unica tramite intercalazione. Attraverso simulazioni e misurazioni della resistività, è stato dimostrato che i singoli fasci hanno proprietà metalliche, aprendo la strada all'applicazione come nanofili flessibili nei nanocircuiti. Il lavoro è stato riportato in (ACS Nano, "Intercalazione dell'indio in fase vapore nelle nanofibre di van der Waals di fili W6Te6 atomicamente sottili"). Nanostruttura di un TMC 3D ternario con un elemento intercalante

Nanostruttura di un TMC 3D ternario con un elemento intercalante

Figura 1. (a) Struttura cristallina 3D TMC costituita da nanofibre TMC circondate da file di un singolo atomo di un elemento intercalante. (b) Fine e vista laterale di una singola nanofibra TMC. I calcogeni sono dorati, i metalli di transizione sono verdi e l'elemento intercalante è viola scuro. (Immagine: Tokyo Metropolitan University) Fili atomici di calcogenuri di metalli di transizione (TMC) sono nanostrutture costituite da un metallo di transizione e un elemento del gruppo 16 come zolfo, selenio e tellurio. Sono in grado di autoassemblarsi in un'ampia gamma di strutture con diverse dimensionalità, ponendole al centro di una rivoluzione nei nanomateriali che è stata al centro di un'intensa ricerca negli ultimi anni. In particolare, una classe di strutture TMC 3D ha raccolto particolare interesse, costituita da fasci di nanofibre TMC tenute insieme da atomi metallici tra le fibre, che formano tutte un reticolo ben ordinato nella sua sezione trasversale (vedi Figura 1). A seconda della scelta del metallo, la struttura potrebbe anche essere realizzata per diventare un superconduttore. Inoltre, rendendo i fasci sottili, potrebbero essere trasformati in strutture flessibili che conducono elettricità: questo rende le nanostrutture TMC un ottimo candidato per l'uso come cablaggio nei nanocircuiti. Tuttavia, è stato difficile trasformare queste strutture nelle fibre lunghe e sottili necessarie per studiarle in profondità, oltre che per nanotecnologia applicazioni. Un team guidato dall'assistente professore Yusuke Nakanishi e dal professore associato Yasumitsu Miyata ha studiato le tecniche di sintesi per le nanostrutture TMC. In un recente lavoro, hanno dimostrato di poter produrre fasci lunghi e sottili di TMC (senza metallo) su scale di lunghezza senza precedenti. Ora, hanno usato una reazione in fase vapore per infilare file di indio atomicamente sottili in sottili fasci di tellururo di tungsteno. Esponendo i loro lunghi fasci di nanofibre al vapore di indio sotto vuoto a 500 gradi Celsius, gli atomi di indio metallico si sono fatti strada nello spazio tra le singole nanofibre che compongono i fasci, formando una fila intercalante (o ponte) di indio che lega le fibre insieme. Intercalazione di tellururo di tungsteno con indio metallico

Intercalazione di tellururo di tungsteno con indio metallico

( a ) Schema della struttura atomica di entrambi i fasci di nanofibre di tellururo di tungsteno e della struttura intercalata finale, insieme alle immagini di microscopia elettronica a trasmissione a scansione. ( b ) Nanofibre TMC 3D sintetizzate su un substrato di silicio. (Immagine: Tokyo Metropolitan University) Dopo aver prodotto con successo grandi quantità di questi fasci TMC filettati, hanno proceduto allo studio delle proprietà dei loro nuovi nanocavi. Osservando la resistività in funzione della temperatura, hanno dimostrato in modo conclusivo che i singoli fasci si comportano come un metallo e quindi conducono elettricità. Ciò concordava con le simulazioni al computer e dimostrava anche quanto fossero ben ordinate le strutture. È interessante notare che hanno scoperto che questa struttura era leggermente diversa dai lotti sfusi di nanofibre raggruppate, in quanto le file intercalate facevano ruotare leggermente ciascuna nanofibra attorno al proprio asse. La tecnica del team non si limita solo al tellururo di indio e tungsteno, né a questa particolare struttura. Sperano che il loro lavoro possa ispirare un nuovo capitolo per lo sviluppo dei nanomateriali e lo studio delle loro proprietà uniche.