Fa­sicos do MIPT e da Skoltech encontraram uma maneira de modificar e ajustar propositalmente as propriedades eletra´nicas dos nanotubos de carbono para atender aos requisitos de novos dispositivos eletra´nicos. O artigo épublicado em Carbon .

Os nanomateriais de carbono formam uma extensa classe de compostos que inclui grafeno, fulerenos, nanotubos , nanofibras e muito mais. Embora as propriedades físicas de muitos desses materiais já aparea§am em livros dida¡ticos, os cientistas continuam criando novas estruturas e encontrando maneiras de usa¡-las em aplicações da vida real. Macroestruturas projetadas como filmes orientados aleatoriamente feitos de nanotubos de carbono parecem teias de aranha muito finas com uma área que atinge várias dezenas de centa­metros quadrados e espessura de apenas alguns nana´metros.

Os filmes de nanotubos de carbono apresentam uma incra­vel combinação de propriedades físicas e químicas , como estabilidade meca¢nica, flexibilidade, elasticidade, excelente adesão a diversos substratos, inanãrcia química e propriedades elanãtricas e a³pticas excepcionais.

Ao contra¡rio dos filmes meta¡licos, esses filmes altamente condutores são leves e flexa­veis e, portanto, podem ser utilizados em diversos dispositivos elanãtricos, como blindagens eletromagnanãticas, moduladores, antenas, bola´metros, etc.

O conhecimento dos princa­pios fa­sicos subjacentes éessencial para o uso eficaz das propriedades elanãtricas e eletrodina¢micas dos filmes na vida real. De particular interesse são as bandas espectrais terahertz e infravermelho distante com comprimentos de onda de 2 mm a 500 nm onde os filmes exibem propriedades tipicas de condutores meta¡licos.

Os cientistas do MIPT e da Skoltech estudaram a condutividade dos filmes nas bandas terahertz e infravermelho usando filmes sintetizados pelo manãtodo de deposição em fase gasosa. Alguns dos filmes foram feitos de nanotubos com comprimentos variando de 0,3 a 13 µm, enquanto outros foram tratados com plasma de oxigaªnio por 100 a 400 segundos e alteraram suas propriedades eletrodina¢micas no processo.

Em um estudo anterior, os autores provaram que a condutividade de filmes pristine de alta qualidade pode ser descrita com precisão usando o modelo de condutividade va¡lido para metais. Nesses filmes, os elanãtrons livres tem energia suficiente para superar as barreiras de potencial nas interseções de nanotubos individuais e podem se mover com bastante facilidade por todo o filme, o que resulta em alta condutividade.

No entanto, encurtar o comprimento dos tubos (até0,3 μm) ou expor filmes ao plasma (por mais de 100 s) leva a uma queda na condutividade em baixas frequências de terahertz (< 0,3 THz). A equipe descobriu que em ambos os casos a condutividade muda da mesma maneira e produz resultados semelhantes. A exposição ao plasma resulta em uma maior quantidade de defeitos e, portanto, uma maior quantidade de barreiras potenciais para elanãtrons itinerantes. Para nanotubos mais curtos, o número de barreiras por unidade de área também aumenta. As barreiras afetam fortemente a condutividade de nanotubos e filmes em corrente conta­nua (DC) e frequências bastante baixas, porque em baixas temperaturas os elanãtrons não possuem energia cinanãtica para superar as barreiras potenciais. Os autores mostraram que em frequências suficientemente altas os elanãtrons se movem livremente como se as barreiras não estivessem la¡. Em baixas frequências e no caso DC,

Para exposição ao plasma de mais de 100 segundos ou comprimentos de nanotubos abaixo de 0,3 μm, o TCR atinge a saturação. O efeito pode ser considerado como um precursor da redução do TCR nos filmes que são expostos ao plasma por muito tempo quando tubos separados são severamente danificados e perdem suas propriedades elanãtricas peculiares.

Os pesquisadores do MIPT e da Skoltech planejam continuar estudando filmes modificados, incluindo aqueles esticados em uma ou mais direções. Boris Gorshunov, coautor do artigo e chefe do Laborata³rio de Espectroscopia Terahertz do MIPT, comenta: "Em contraste com os nanotubos que hámuito são estudados em grande detalhe, a pesquisa sobre macro objetos, como filmes de nanotubos, começou apenas recentemente. Os filmes de nanotubos são muito mais leves e esta¡veis ​​quimicamente e mecanicamente do que os filmes meta¡licos e, portanto, são mais atraentes para aplicações eletra´nicas. Como conhecemos a física fundamental por trás das propriedades elanãtricas dos filmes, podemos ajusta¡-los para aplicações especa­ficas da vida real. Pesquisa na banda terahertz que em breve se tornara¡ onipresente nas telecomunicações éde particular releva¢ncia."