Японские ученые открыли новую разновидность углерода - длинные одноатомные углеродные нити, располагающиеся внутри многостенных углеродных нанотрубок.

Рис. 1. Предполагаемая атомная модель углеродной одноатомной нити (показана красным) внутри многостенной углеродной нанотрубки.

Углерод - один из наиболее важных и часто встречающихся элементов во Вселенной, и один из элементов, являющихся базовыми для живых организмов на Земле. Соответственно, разновидности и соединения углерода играют огромную роль в экономической деятельности. Не удивительно потому, что ученые уделяют исследованию различных видов углерода большое внимание. Особое внимание в настоящее время уделяется исследованию углеродных наноструктур. Кстати говоря, в открытии углеродных наноструктур "виновата" именно раcпространенность углерода во Вселенной. К открытию новой молекулярной формы углерода (фуллеренов) в 1985 г. и последовавшему за ним открытию других видов углеродных структур (нанотрубок, нанолуковиц...) привели экмперименты, имевшие целью объяснить природу особенности в спектре поглощения межзвездной среды .

Благодаря своим уникальным механическим, химическим и электронным свойствам углеродные нанотрубки обладают большим потенциалом для применения в самых разных областях - от создания катодов для плоских дисплеев и использования в качестве упрочняющих наполнителей для композитных материалов до создания наноразмерных транзисторов , переключателей , а также иных наноустройств (наносверел, нанотрубопроводов и др.).

Недавно японские исследователи пополнили семейство углеродных наноструктур новым членом - ими были обнаружены длинные одноатомные углеродные цепочки (такая цепочка может состоять из более чем сотни атомов!) , располагающиеся в центре многостенных углеродных нанотрубок [1] (предполагаемая модель структуры с одноатомной нитью показана на Рис.1). Синтез нанотрубок происходил в процессе дугового разряда между графитовыми электродами в водородной атмосфере. При исследовании получившихся многостенных нанотрубок методом просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения ученые обнаружили, что на полученных изображениях в центре некоторых нанотрубок появляется дополнительная углеродная цепочка (Рис.2). Исследование полученных нанотрубок методом комбинационного рассеяния света также показало, что в спектрах возникают дополнительные пики, которые могут быть приписаны колебательным модам одноатомной углеродной цепочки.

Рис. 2. (a) - изображение многостенной углеродной нанотрубки, полученное с помощью просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения, в правой части нанотрубки в центре присутствует дополнительная одноатомная цепочка (показана стрелкой); (b) изображение двух многостенных нанотрубок меньшего диаметра, закрытых сбоку полусферическими "куполами", с одноатомными цепочками (также показаны стрелками с надписью C-chain) в центре трубки.

Сами по себе столь длинные одноатомные цепочки были бы неустойчивыми, их стабилизирует окружающая нанотрубка. В свою очередь, одноатомная цепочка тоже оказывает влияние на окружающую нанотрубку. Согласно расчетам японских ученых, присутствие одноатомной углеродной нити внутри одностенной нанотрубки существенно влияет на плотность электронных состояний последней, также могут меняться механические характеристики всей структуры. Однако, для того, чтобы извлечь практическую выгоду из нового типа углеродных наноструктур, необходимо для начала научиться конктролируемым образом синтезировать цепочки внутри нанотрубок. В особенности было бы желательно научиться синтезировать такие цепочки внутри одностенных нанотрубок.

1. Xinluo Zhao, Yoshinori Ando, Yi Liu et al. Phys.Rev.Lett., v.90, 187401 (2003).

Е.Онищенко