雅克·杜马尼（Jacques Doumani）举起了一部“龙卷风”电影。 **杰夫·菲洛·莱斯大学。
手性材料以非常精确的方式与光相互作用，可用于构建更好的显示器、传感器和更强大的设备。 然而，手性等工程特性仍然是纳米技术大规模可靠进行的主要挑战。
莱斯大学河野淳一郎实验室的科学家们开发了两种从非手性混合物中制造晶圆级合成手性碳纳米管（CNT）组件的方法。 根据发表在《自然通讯》上的一项研究，由此产生的“龙卷风”和“扭曲和堆叠”薄膜可以将椭圆度（偏振光的一种特性）控制到以前无法达到的水平和光谱范围。
这些方法使我们能够有意识地、始终如一地将手性引入到迄今为止尚未在宏观尺度上表现出这种特性的材料中，“莱斯大学应用物理学研究生、该研究的主要作者Jacques Doumani说。 “我们的方法产生了具有可调手性特性的薄而柔韧的薄膜。 ”
碳纳米管 （CNT） 是由碳原子制成的空心圆柱形结构，具有非凡的电学、机械、热学和光学性能。 单壁碳纳米管的直径约为人类单根头发直径的100,000倍。
问题在于，大多数大量制造碳纳米管的方法（对于许多应用来说都是必要的）通常会导致异质、无序的纳米管成分。 这种随机结构会降低材料的整体性能。
能够制造足够多的具有相同直径和取向薄膜的纳米管可以推动从信息系统到医疗或能源应用等广泛领域的创新。
在之前的研究中，我们已经证明，我们的真空过滤技术可以在相当大的规模上实现近乎完美的碳纳米管排列，“Karl F说哈塞尔曼工程、电气和计算机工程、材料科学和纳米工程教授河野说。 “这项研究使我们能够通过引入手性将这项工作推向一个令人兴奋的新方向。
运动会给碳纳米管的有序排列带来手性畸变的发现完全是偶然的。
这简直是一个意想不到的转折，“Doumani 说，他讲述了与真空过滤系统放在同一台桌子上的振动泵如何引起意想不到的振动，将衬里的 CNT 层缠绕成龙卷风状的螺旋。
这些振动对组装的碳纳米管的结构产生了深远的影响，促使我们进一步探索和完善这一新发现的现象，“他说。 “这一偶然的发现使我们意识到，我们可以通过调整旋转角度和摇晃条件来设计具有所需特性的碳纳米管结构。
河野将碳纳米管组件的手性对称性比作“艺术品”。
我对Jacques正在追求的发现感到特别自豪，我们可以将碳纳米管过滤和振荡结合起来，以调整这些晶圆级薄膜的特性，“Kono说。
实现手性的第二种方法是通过控制层数和扭转角度，以一定角度堆叠高度对齐的CNT薄膜。
我们在深紫外范围内取得了非凡的里程碑，我们创造了椭圆度的新记录，“杜马尼说。 “更重要的是，与该领域的竞争对手相比，我们的技术设置非常简单。 我们不需要一个复杂的系统来制作这些电影。
这些技术可用于设计新型光电器件的材料，例如 LED、激光器、太阳能电池和光电探测器。 它也是一种可用于使用其他纳米材料（如氮化硼纳米管和二硒化钨纳米管）制造晶圆级手性薄膜的装置。
这一发现为各种应用提供了希望，“杜马尼说。 “在制药和生物医学领域，它在生物传感、深海成像和有用化合物的鉴定方面具有潜力。 在通信方面，可以增强导弹探测，确保通信信道安全，增强抗干扰能力。 在量子计算工程中，它为更具确定性的光子-发射体耦合铺平了道路。
我们很高兴将这项技术扩展到其他类型的纳米材料。
更多信息：Jacques Doumani 等人，具有有序碳纳米管结构的晶圆级工程手性，Nature Communications （2023）。 doi： 10.1038/s41467-023-43199-x