Властивості наноматеріалів залежать, серед іншого, від: про те, як ці структури вібрують. Вчені за участю польки досліджували коливання, які виникають у різних типах вуглецевих нанотрубок.
Розуміння цієї проблеми може допомогти створити матеріали, корисні для датчиків і комунікаційних пристроїв.
Вуглецеві нанотрубки (ВНТ) — це вуглецеві структури з дуже малим діаметром (наприклад, на 100 000 тонше за людську волосину). Вони схожі на шар графену, згорнутий у трубку. Вуглецеві нанотрубки є цікавим матеріалом для досліджень: вони мають унікальні електричні та механічні властивості, стабільність і схильність до модифікації.
Як ми читаємо в повідомленні факультету фізики Варшавського технологічного університету, ці наноматеріали можуть бути використані як базовий матеріал для побудови фотонних топологічних ізоляторів, тобто матеріалів, які проводять світло в одному напрямку. І це можна використовувати, серед іншого, у волоконно-оптичних мережах (запобігання відбиття світла, що призводить до перешкод і погіршення якості сигналу).
Однак, щоб нанотрубки добре працювали на практиці, їх характеристики повинні бути добре відомі. Властивості нанотрубок можуть залежати від їх діаметра, хіральності та розташування в просторі.
Але це ще не все. Властивості нанотрубок – такі як їх тепло- та електропровідність і динаміка переходу в збуджений стан і з нього – також залежать від того, як проходять і поширюються коливання в цих структурах.
Використовуючи спектроскопію комбінаційного розсіювання, група дослідників, включаючи доктора техн. Анна Врублевська з Варшавського технологічного університету перевірила зв’язок між вібраційним зв’язком, що є результатом однорідного з’єднання одностінних вуглецевих нанотрубок, і діаметром труби. Було також досліджено, як змінюються колективні коливання в цьому типі структур.
Випробовувалися дві конфігурації – нанотрубки, згорнуті в котушки, і ті, що утворюють тонкий шар. Результати були опубліковані в журналі Carbon.
«У спектрі комбінаційного розсіювання низькочастотні сигнали комбінаційного розсіювання називаються дихальними модами через напрямок вібрації атомів вуглецю, який перпендикулярний осі нанотрубки. Робота показує, що існують значні відмінності в цьому режимі для квазінескінченних кластерів», – читаємо в описі дослідження на сайті Фізичного факультету Варшавського технологічного університету.
Це порівнювали з однорадіальною модою, характерною для ізольованих труб.
Використовуючи раманівську спектроскопію, дослідники перевірили, як ці коливання взаємодіють з іншими властивостями нанотрубок. «За допомогою резонансної раманівської спектроскопії було показано, що обидві дихальні моди в структурах з’єднаних нанотрубок мають однакову енергію переходу. Це має вирішальне значення, коли йдеться про оптичні властивості цих структур. А це відкриває нові можливості для використання цих структур на практиці», – розповіли на фізичному факультеті.
Автори статті розглянули, як змінюються вібрації в залежності від діаметра нанотрубок і архітектури досліджуваної структури. Таким чином вони підтвердили давні прогнози теоретиків. «Вібрації розщеплюються менше, коли нанотрубки більші», — йдеться в повідомленні.
Поки що емпіричне підтвердження цієї тези було надзвичайно складним – бар’єром було виробництво та вибір нанотрубок із відповідними параметрами.
«Масиви хіральних чистих нанотрубок представляють нову структуру фононних кристалів у діапазоні ТГц, що призводить до нових мод коливань. Їх можливість налаштування частоти як функції діаметра трубки є чудовим інструментом для вивчення колективної динаміки мережі сполучених осциляторів. Це відкриває шлях до галузі оптомеханіки з перспективними застосуваннями в телекомунікаціях і датчиках”, – наголошується. (PAP)
Наука в Польщі
lt/бар/
