偶然が規則正しいカーボンナノチューブを「竜巻膜」にねじ曲げる(Chance twists ordered carbon nanotubes into ‘tornado films’)

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2023-12-11 ライス大学

◆ライス大学の研究者は、キラル材料の製造における課題を解決するため、炭素ナノチューブ(CNT)アセンブリにキラリティを導入する新しい手法を開発しました。この手法は、無秩序なCNTアセンブリを避け、偏光光の特性を制御できる「CNTトルネード」と「ねじれた積層」の薄膜を生成します。これにより、情報システムや医療、エネルギーなどの分野での新たな革新が期待されます。
◆研究者は、真空フィルトレーション技術を使用してCNTをほぼ完璧に整列させ、これにキラリティを導入する方法を見出しました。この手法により、同じ直径と方向を持つCNTから成る薄膜を大量に製造し、様々な分野での応用が可能となります。

<関連情報>

カーボンナノチューブの秩序構造を用いてウェハースケールでキラリティを工学的に研究 Engineering chirality at wafer scale with ordered carbon nanotube architectures

Jacques Doumani,Minhan Lou,Oliver Dewey,Nina Hong,Jichao Fan,Andrey Baydin,Keshav Zahn,Yohei Yomogida,Kazuhiro Yanagi,Matteo Pasquali,Riichiro Saito,Junichiro Kono & Weilu Gao
Nature Communications  Published:15 November 2023
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-023-43199-x

偶然が規則正しいカーボンナノチューブを「竜巻膜」にねじ曲げる(Chance twists ordered carbon nanotubes into ‘tornado films’)

Abstract

Creating artificial matter with controllable chirality in a simple and scalable manner brings new opportunities to diverse areas. Here we show two such methods based on controlled vacuum filtration – twist stacking and mechanical rotation – for fabricating wafer-scale chiral architectures of ordered carbon nanotubes (CNTs) with tunable and large circular dichroism (CD). By controlling the stacking angle and handedness in the twist-stacking approach, we maximize the CD response and achieve a high deep-ultraviolet ellipticity of 40 ± 1 mdeg nm−1. Our theoretical simulations using the transfer matrix method reproduce the experimentally observed CD spectra and further predict that an optimized film of twist-stacked CNTs can exhibit an ellipticity as high as 150 mdeg nm−1, corresponding to a g factor of 0.22. Furthermore, the mechanical rotation method not only accelerates the fabrication of twisted structures but also produces both chiralities simultaneously in a single sample, in a single run, and in a controllable manner. The created wafer-scale objects represent an alternative type of synthetic chiral matter consisting of ordered quantum wires whose macroscopic properties are governed by nanoscopic electronic signatures and can be used to explore chiral phenomena and develop chiral photonic and optoelectronic devices.

0501セラミックス及び無機化学製品
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