Спектр «горохового стручка»

Прогресс химии конца XIX – начала XX в. во многом обязан спектроскопии, что отразилось в названиях некоторых элементов, например того же таллия. Этот элемент был открыт спектроскопически У.Круксом в 1861 г. и получил название по цвету своей спектральной линии (от греч. – зеленая ветка). Спектроскопические методы находят широкое применение и в настоящее время.
Не так давно были созданы первые нанотрубки, сворачиваемые из плоскостного аналога фуллерена. Сам же фуллерен представляет собой сферу из 60 атомов углерода (С₆₀). В полном согласии с пифагоровым учением об идеальных сферах фуллерен получается легче, поэтому создан был на три десятка лет раньше, а лишь затем настало время углеродных «простыней», которые самопроизвольно сворачиваются в однослойные нанотрубки. Эти микроразмеров трубки являются надеждой нанотехнологии.
И вот недавно ученым из Пенсильванского и Иллинойского университетов (США) удалось ввести фуллереновые микросферы внутрь нанотрубки, в результате чего был изготовлен «гороховый стручок». На полученной ими электронной микрофотографии были видны регулярно расположенные фуллереновые микросферы внутри нанотрубки размерами 150 на 29 .
А далее ученые использовали сканирующий туннельный микроскоп (СТМ). СТМ, как известно, представляет собой чрезвычайно тонкую и острую иглу, конец которой приближается к поверхности исследуемого образца на такое ничтожно малое расстояние (порядка размеров атомов), что при этом возникает туннельный ток. Благодаря этому СТМ позволяет регистрировать на компьютере электронные плотности в виде разноцветных пиков. Так возникает картина расположения атомов на поверхности образца.
Ученые установили, что фуллерены, расположенные внутри однослойных нанотрубок, модифицируют локальные электронные структуры их стенок. При этом возникают гибридные электронные состояния, характеристики которых несут на себе печать как электронного строения атомов углерода нанотрубок, так и молекулярных орбиталей С₆₀-микросфер.
Когда-то (в 1920–1930-е и более поздние годы) все эти слова были привилегией только теоретиков. Сегодня это уже важнейшие практические параметры, поскольку нанотрубки хотят использовать для создания мономолекулярных электронных устройств, например тех же диодов. Вот почему так важно знание электронных состояний стенок нанотрубок.
Представьте себе транзистор на основе нанотрубки. Это будет устройство, «рабочим телом» которого будет один-единственный электрон. В нанотрубки можно будет внедрять мономолекулярные устройства, вернее вводить в их полость атомы и молекулы, которые будут формировать такие устройства путем самосборки.
СТМ показал, что пики от группы атомов поверхности образца выше, чем в случае отдельных атомов. Расстояние между сферами внутри нанотрубок около 10,5 . К сожалению, такие упорядоченные «гороховые стручки» пока что редкость.

Материал подготовил И.Э.ЛАЛАЯНЦ
(Science, 2002, № 5556, р. 828)