Wawasan Baru menunjukkan penerapan universal Carbyne sebagai sensor
Untuk desain bahan di masa depan, penting untuk memahami bagaimana atom individu di dalam bahan berinteraksi satu sama lain secara mekanis. Keadaan getaran yang sebelumnya tidak dapat dijelaskan antara rantai karbon (Carbyne) dan nanotube telah membingungkan para ilmuwan bahan. Para peneliti dari Austria, Italia, Prancis, Cina dan Jepang yang dipimpin oleh University of Vienna kini telah berhasil mencapai bagian bawah fenomena ini dengan bantuan spektroskopi Raman, model teoritis inovatif dan penggunaan pembelajaran mesin. Hasil yang diterbitkan dalam “Nature Communications“Tunjukkan penerapan universal Carbyne sebagai sensor karena sensitivitasnya terhadap pengaruh eksternal.
Untuk desain bahan di masa depan, penting untuk memahami bagaimana materi berinteraksi pada skala atom. Efek mekanik kuantum ini menentukan semua sifat materi makroskopis, seperti sifat listrik, magnetik, optik atau elastis. Dalam percobaan, para ilmuwan menggunakan spektroskopi Raman, di mana cahaya berinteraksi dengan materi, untuk menentukan status eigen getaran dari inti atom sampel.
Sembilan tahun yang lalu, kelompok penelitian Thomas Pichler di University of Vienna berhasil untuk pertama kalinya dalam menstabilkan Carbyne, rantai linier atom karbon, dalam karbon nanotube yang mengejutkan komunitas ilmiah. Carbyne, yang sejauh ini hanya ditemukan dalam tabung, memiliki sifat elektronik yang dapat dikendalikan, penting untuk teknologi semikonduktor, dan bisa menjadi bahan terkuat terkuat dalam hal kekuatan tariknya. Dalam percobaan mereka, tim mengamati status sistem yang tidak terduga, yang tidak cocok dengan model penjelasan umum dan sepenuhnya disalahpahami pada saat itu.
Para peneliti kini telah melihat lebih dekat keadaan sistem yang tidak dapat dijelaskan ini. Menggunakan model teoritis yang inovatif, yang hanya dapat diterapkan berkat terobosan baru -baru ini dalam pembelajaran mesin, mereka dapat menemukan penjelasan untuk interaksi baru antara rantai dan nanotube yang diamati di laboratorium, yang awalnya tampaknya paradoks. “Meskipun rantai dan nanotube terisolasi secara elektronik dan karenanya tidak bertukar elektron, mereka tunduk pada kopling kuat yang tak terduga antara getaran kedua struktur nano”, jelas Emil Parth dari University of Vienna, penulis utama penelitian yang diterbitkan di Nature Communications. Dengan kata lain, Carbyne dan Nanotube berbicara satu sama lain secara elektronik, sementara pada saat yang sama mereka diisolasi secara elektronik dalam arti klasik. Kopling getaran mekanis kuantum ini biasanya dapat diabaikan, tetapi dalam kasus khusus ini sangat kuat karena sifat elektronik intrinsik dan ketidakstabilan struktural rantai.
Inilah yang membuat rantai sangat menarik, karena bereaksi kuat terhadap pengaruh eksternal. Oleh karena itu ia sangat berinteraksi dengan nanotube di sekitarnya. Studi baru menunjukkan bahwa interaksi ini secara mengejutkan bukan satu sisi, karena Carbyne juga mengubah sifat nanotube, meskipun dengan cara yang berbeda dari yang diasumsikan sebelumnya. “Sensitivitas Carbyne terhadap pengaruh eksternal sangat penting untuk aplikasi potensial dalam bahan dan perangkat di masa depan sebagai sensor optik tanpa kontak pada skala nano, misalnya sebagai sensor suhu lokal untuk pengukuran transportasi panas,” simpul Thomas Pichler, kepala kelompok penelitian di Universitas Wina.
Publikasi Asli:
“Efek Anharmonik Kontrol Interaksi Carbynes yang dibatasi dalam karbon nanotube yang membentuk sifat getaran mereka”: Emil Parth, Andrea Corradini, Weili Cui, Davide Romanin, Christin Schuster, Clara Freytag, Lei Shi, Kazuhiro Yanagi, Matteo Calandra, Lei Shi, Kazuhiro Yanagi, Matteo Calandra, Kazuhiro. Di Nature Communications, 2025.
Dua: 10.1038/S41467-025-59863-3
Gambar:
Representasi skematis Carbyne distabilkan di dalam nanotube karbon berdinding ganda berdiameter kecil. C: Emil Parth, Fakultas Fisika, Universitas Wina
