Al Weizmann Institute of Science, un gruppo di ricerca guidato dal Dr. Ernesto Joselevich ha sviluppato un nuovo approccio per creare nanotubi al carbonio mediante la disposizione di atomi su una superficie di zaffiro.

Il maggior ostacolo all'impiego di nanotubi al carbonio per la produzione di circuiti nanoelettronici è la difficoltà di assemblarli in disposizioni ordinate. Il team del Weizmann sta cercando di orientare i nanotubi, che sono nano-strutture in forma di strati di grafite arrotolati, in modo preciso, applicando dei campi elettrici al tubo mentre si forma. La cosa sembra funzionare su wafers di diossido di silicio piuttosto che su supporti di zaffiro (che è una forma di ossido di alluminio), dove i nanotubi si orientano in parallelo in modo casuale. Un esame più approfondito della superficie di zaffiro ha risolto il mistero: i wafers usati commercialmente generalmente non sono tagliati esattamente lungo il piano del cristallo e la loro superficie non è dunque completamente liscia ma presenta formazioni atomiche parallele tra i differenti piani del cristallo.

I nanotubi si formano grazie ad un catalizzatore di nanoparticelle ferrose che vengono attratte dal campo locale creato dagli atomi che "scivolano" lungo la traccia data dal catalizzatore. Come la scia che si lasciano dietro gli aeroplani, le particelle di ferro lasciano formarsi i nanotubi lungo le loro tracce che corrispondono ai difetti del cristallo. Ciò che ne risulta sono formazioni sia dritte che a zig-zag dalle straordinarie proprietà elettroniche. "L'orientamento e la forma degli atomi sulla superficie del cristallo può essere controllata nel processo di taglio, ma può produrre anche difetti", dice Joselevich.

Una possibile soluzione è stata messa a punto da ricercatori della UCSD hanno fabbricato nanotubi al carbonio piegati in angoli predeterminati, con una una tecnica che potrebbe rendere i nanotubi usabili in moltissime appicazioni. Nel lavoro pubblicato il 7 aprile 2005 sul Journal of Physical Chemistry B, Sungho Jin, professore di scienza dei materiali alla Jacobs School of Engineering della UCSD, ha descritto la tecnica usata per manipolare i campi elettrici durante la crescita dei nanotubi. “È necessario poter controllare la geometria dei nanotubi se vogliamo realizzare le tante promesse di questi materiali”, ha detto Jin.

Joseph AuBuchon, del gruppo di Jin, è riuscito ad allineare la crescita di un nanotubo lungo la direzione di linee elettriche per guidare una forma a L, poi ha provato a determinare altre fome a zig-zag. Per questo suo lavoro è stato insignito del “Gold Graduate Student Award” al meeting della Materials Research Society tenutosi il 28 marzo scorso a San Francisco. AuBuchon ha usato una tecnica di deposito che sfrutta vapori chimici al plasma per crescere 2 miliardi di nanotubi per centimetro quadrato su piastre di silicio dotate di catalizzatori al nichelio.

I nanotubì così prodotti miglioreranno le capacità dei Microscopi a Forza Atomica, che producono immagini a 3-d della struttura atomica, e soprattutto potranno rimpiazzare i connettori elettrici fatti di metallo, delle dimensioni di 70 nanometri, in circuiti integrati dalle dimensioni ridottissime, fornendo nanoconnettori di circa 1.2 nanometri capaci di fornire sufficiente energia elettrica.

Le interconnesioni di metallo a dimensioni molto ridotte presentano problemi di instabilità che verrebbero risolti dalla maggiore flessibilità dei nanotubi. Articolo citato: Joseph F. AuBuchon, Li-Han Chen, Sungho Jin, “Control of Carbon Capping for Regrowth of Aligned Carbon Nanotubes”, Journal of Physical Chemistry B, marzo 2005.

Istituzioni scientifiche citate nell'articolo:

Weizmann Institute of Science

University of California, San Diego

Materials Research Society

E-mail: Alessio Mannucci