雅克·杜馬尼（Jacques Doumani）舉起了一部“龍捲風”電影。 **傑夫·菲洛·萊斯大學。
手性材料以非常精確的方式與光相互作用，可用於構建更好的顯示器、感測器和更強大的裝置。 然而，手性等工程特性仍然是奈米技術大規模可靠進行的主要挑戰。
萊斯大學河野淳一郎實驗室的科學家們開發了兩種從非手性混合物中製造晶圓級合成手性碳奈米管（CNT）元件的方法。 根據發表在《自然通訊》上的一項研究，由此產生的“龍捲風”和“扭曲和堆疊”薄膜可以將橢圓度（偏振光的一種特性）控制到以前無法達到的水平和光譜範圍。
這些方法使我們能夠有意識地、始終如一地將手性引入到迄今為止尚未在巨集觀尺度上表現出這種特性的材料中，“萊斯大學應用物理學研究生、該研究的主要作者Jacques Doumani說。 “我們的方法產生了具有可調手性特性的薄而柔韌的薄膜。 ”
碳奈米管 （CNT） 是由碳原子製成的空心圓柱形結構，具有非凡的電學、機械、熱學和光學效能。 單壁碳奈米管的直徑約為人類單根頭髮直徑的100,000倍。
問題在於，大多數大量製造碳奈米管的方法（對於許多應用來說都是必要的）通常會導致異質、無序的奈米管成分。 這種隨機結構會降低材料的整體效能。
能夠製造足夠多的具有相同直徑和取向薄膜的奈米管可以推動從資訊系統到醫療或能源應用等廣泛領域的創新。
在之前的研究中，我們已經證明，我們的真空過濾技術可以在相當大的規模上實現近乎完美的碳奈米管排列，“Karl F說哈塞爾曼工程、電氣和計算機工程、材料科學和奈米工程教授河野說。 “這項研究使我們能夠通過引入手性將這項工作推向乙個令人興奮的新方向。
運動會給碳奈米管的有序排列帶來手性畸變的發現完全是偶然的。
這簡直是乙個意想不到的轉折，“Doumani 說，他講述了與真空過濾系統放在同一臺桌子上的振動幫浦如何引起意想不到的振動，將襯裡的 CNT 層纏繞成龍捲風狀的螺旋。
這些振動對組裝的碳奈米管的結構產生了深遠的影響，促使我們進一步探索和完善這一新發現的現象，“他說。 “這一偶然的發現使我們意識到，我們可以通過調整旋轉角度和搖晃條件來設計具有所需特性的碳奈米管結構。
河野將碳奈米管元件的手性對稱性比作“藝術品”。
我對Jacques正在追求的發現感到特別自豪，我們可以將碳奈米管過濾和振盪結合起來，以調整這些晶圓級薄膜的特性，“Kono說。
實現手性的第二種方法是通過控制層數和扭轉角度，以一定角度堆疊高度對齊的CNT薄膜。
我們在深紫外範圍內取得了非凡的里程碑，我們創造了橢圓度的新記錄，“杜馬尼說。 “更重要的是，與該領域的競爭對手相比，我們的技術設定非常簡單。 我們不需要乙個複雜的系統來製作這些電影。
這些技術可用於設計新型光電器件的材料，例如 LED、雷射器、太陽能電池和光電探測器。 它也是一種可用於使用其他奈米材料（如氮化硼奈米管和二硒化鎢奈米管）製造晶圓級手性薄膜的裝置。
這一發現為各種應用提供了希望，“杜馬尼說。 “在製藥和生物醫學領域，它在生物感測、深海成像和有用化合物的鑑定方面具有潛力。 在通訊方面，可以增強飛彈探測，確保通訊通道安全，增強抗干擾能力。 在量子計算工程中，它為更具確定性的光子-發射體耦合鋪平了道路。
我們很高興將這項技術擴充套件到其他型別的奈米材料。
更多資訊：Jacques Doumani 等人，具有有序碳奈米管結構的晶圓級工程手性，Nature Communications （2023）。 doi： 10.1038/s41467-023-43199-x