Чистые нанотрубки – путь к фундаментальным открытиям и квантовым вычислениям
 Строение углеродной нанотрубки (Wikipedia.org) (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Нанотрубка – одна из производных века нанотехнологий. Это полая трубка, сформированная молекулами фуллерена (C60), диаметром в несколько нанометров. На данный момент существуют сведения о том, что удавалось получить нанотрубки длиной до нескольких сантиметров. Нанотрубки могут состоять как из одного слоя атомов, так и представлять собой несколько «вложенных» друг в друга однослойных трубок.
Нанотрубки обладают множеством интересных свойств; к примеру, в зависимости от конфигурации атомов в «кристаллической решетке» нанторубки одного и того же химического состава могут иметь разную проводимость (проявлять склонность как к «металлическим», так и к «полупроводниковым» свойствам).
Основной способ получения нанотрубок – это синтез при дуговом разряде между графитовыми анодом и катодом. В ходе этого процесса анод «испаряется», а на поверхности катода «растут» многослойные нанотрубки. Побочными продуктами в данной реакции являются аморфный углерод и шарообразные молекулы фуллерена, но добавление в графитовые электроды малого количества металла (кобальта, никеля или железа) в качестве катализатора позволяет получать именно однослойные нанотрубки, предотвращая образование «побочных продуктов».
Благодаря удивительным свойствам, нанотрубки могут иметь применение в самых разнообразных технологических областях, начиная от создания композитных материалов и сверхпрочных нитей, до конструирования наноустройств и нанодатчиков. Были даже предложения использовать нанотрубки для создания космического лифта. Однако, до сих пор нанотрубки применяются не столь широко, как хотелось бы из-за дороговизны их производства.
Но для фундаментальной науки гораздо важнее другие возможности, открывающиеся благодаря нанотрубкам. К примеру, как показали исследователи из Дельфийского Технологического Университета, производство идеально чистой однослойной трубки – это способ «поймать» один единственный электрон, теоретически пригодный для создания так называемого «кубита» (бита в квантовом компьютере).
До сих пор нанотрубки, получаемые для самых разнообразных исследований, не могли обеспечить нужной чистоты эксперимента. На трубках всегда были какие-то побочные загрязнения, препятствующие высокоточным измерениям: электрон мог испытывать влияние дополнительного электрического потенциала, вызванного загрязнением, что сделало бы результат бессмысленным. Отказавшись от идеи очищения нанотрубок, группа ученых из Дельфийского Технологического Университета предложила методику выращивания трубки уже в экспериментальной установке. Вместо того чтобы помещать выращенную трубку в свой чип, всю подготовку они проводят заранее и растят нанотрубку уже на последнем шаге.
Вся их экспериментальная установка для исследования свойств электронного спина, состоит из двух металлических электродов, при помощи которых через нанотрубку подается ток, а также трех электрических «затворов», позволяющих устанавливать различный электрический потенциал в областях, через которые проходит трубка. Исследователи уже продемонстрировали возможность создания при помощи своей установки квантовой точки с одним единственным электроном. Следующая цель – создание квантового бита.
Также по теме:
Источники: