Электронные характеристики углеродных нанотрубок, такие как ширина запрещенной зоны, концентрация носителей и т.п., существенно меняются под действием механической нагрузки. В частности, указанные характеристики зависят от угла закручивания нанотрубки относительно ее оси, называемого еще углом торсионного поворота. Такое свойство нанотрубок позволяет рассматривать их в качестве одного из элементов наноэлектромеханической системы, в которой происходит преобразование механического движения в электрический сигнал (и обратно). В подобной системе на нанотрубку, через которую проходит электрический ток, подается меняющаяся со временем торсионная механическая нагрузка, что приводит к модуляции электрического тока. До недавнего времени к такой схеме действия наноэлектромеханической системы относились как к некоторому умозрительному построению, а перспективы ее практической реализации рассматривали как весьма долгосрочные. Однако отношение изменилось после публикации работы, выполненной группой сотрудников Weizmann Inst. Science (Израиль), которые не только измерили зависимость электропроводности углеродной нанотрубки от угла торсионного поворота, но также изготовили небольшой прибор, являющийся прототипом наноэлектромеханической системы.

Рис.1. Схематическое изображение устройства.

Экспериментальная установка (см. рис.1) включает в себя многослойную углеродную нанотрубку, подвешенную между двумя электрическими контактами, в центре которой укреплена поворотная пластина, подвергаемая воздействию наконечника атомного силового микроскопа. Это приводит к упругому обратимому кручению нанотрубки, которая таким образом действует подобно торсионной пружине. Измерения, выполненные на большом числе нанотрубок, указывают на зависимость дифференциальной проводимости нанотрубки от угла торсионного поворота. При этом характер указанной зависимости определяется типом нанотрубки. Так, для нанотрубки с металлической проводимостью торсионный поворот изменяет ее хиральность таким образом, что нанотрубка становится полупроводником. Проводимость нанотрубки снижается по мере увеличения угла торсионного поворота. В случае нанотрубок с полупроводниковой проводимостью возможны как падающая, так и возрастающая зависимость проводимости от угла поворота. Наряду с этим, наблюдаются немонотонные зависимости проводимости от угла поворота, указывающие, что при некотором угле поворота нанотрубка приобретает металлические свойства, а дальнейшее увеличение этого параметра приводит к переходу нанотрубки в состояние с полупроводниковой проводимостью. В силу периодической зависимости электронных характеристик нанотрубки от угла хиральности зависимость проводимости от угла торсионного поворота также имеет периодический характер. Таким образом наблюдаемые в рассмотренной работе эффекты указывают на значительные перспективы создания нового класса наноэлектромеханических систем, действие которых основано на связи электронных характеристик нанотрубки с углом торсионного поворота.

Источник информации - заметка А.Елецкого в бюллетене ПерсТ, выпуск 18 за 2006 г.