Nanorurki węglowe (CNT) to struktury węglowe o bardzo małej średnicy (np. 100 tys. cieńsze niż ludzki włos). Są jak warstwa grafenu zwinięta w rurkę. Nanorurki węglowe są ciekawym materiałem do badań – mają wyjątkowe właściwości elektryczne, mechaniczne, stabilność i podatność na modyfikacje. Jak czytamy w komunikacie Wydziału Fizyki Politechniki Warszawskiej, nanomateriały te mogą być wykorzystane jako podstawowy materiał do budowy fotonicznych izolatorów topologicznych, czyli materiałów przewodzących światło w jednym kierunku, a to może znaleźć zastosowanie m.in. w sieciach światłowodowych (zapobieganiu odbiciom światła prowadzącym do interferencji i degradacji jakości sygnału).  Aby jednak nanorurki dobrze spisywały się w praktyce, trzeba wnikliwie poznać ich charakterystykę. Właściwości nanorurek zależeć zaś mogą od ich średnicy, chiralności i ułożenia w przestrzeni. To nie wszystko. Własności nanorurek – choćby ich przewodnictwo cieplne i elektryczne oraz dynamika przechodzenia w stan wzbudzony i wychodzenia z niego – zależą też od tego, jak w strukturach tych przebiegają i rozchodzą się wibracje. 

Wykorzystując spektroskopię Ramana, zespół badaczy (w jego skład weszła dr inż. Anna Wróblewska z PW) sprawdził, jaka jest zależność sprzężenia drgań wynikających z jednorodnego łączenia jednościennych nanorurek węglowych od średnicy rurki. Zbadano też, jak zmieniają się drgania kolektywne w tego typu strukturach. Sprawdzono dwie konfiguracje – nanorurki zwinięte w cewki i takie, które tworzyły cienką warstwę. Wyniki ukazały się w czasopiśmie „Carbon”. – W widmie ramanowskim niskoczęstotliwościowe sygnały Ramana nazywane są modem oddychającym ze względu na kierunek drgań atomów węgla, który jest prostopadły do osi nanorurki. W pracy wykazano, że występują znaczące różnice w tym modzie dla quasi-nieskończonych skupisk – czytamy w opisie badań na stronie Wydziału Fizyki PW. Porównano to z pojedynczym radialnym trybem charakterystycznym dla izolowanych rurek. Wykorzystując spektroskopię Ramana, naukowcy sprawdzili, jak te wibracje oddziałują z innymi właściwościami nanorurek. – Za pomocą rezonansowej spektroskopii Ramana wykazano, że oba mody oddychające w strukturach połączonych nanorurek mają tę samą energię przejścia. To zaś ma kluczowe znaczenie, jeśli chodzi o właściwości optyczne tych struktur i otwiera nowe możliwości zastosowania tych struktur w praktyce – podaje Wydział Fizyki PW.

Autorzy artykułu przyjrzeli się temu, jak zmieniają się wibracje w zależności od średnicy nanorurek oraz architektury badanej struktury. W ten sposób potwierdzili wieloletnie przewidywania teoretyków. – Wibracje rozdzielają się w mniejszym stopniu, gdy nanorurki są większe – stwierdzono. Do tej pory empiryczne dowiedzenie tej tezy było niezwykle trudne – barierę stanowiło wytworzenie i selekcja nanorurek o odpowiednich parametrach. – Chiralnie czyste układy nanorurek reprezentują nowy schemat kryształów fononicznych w zakresie THz, prowadzący do nowych modów wibracyjnych. Ich przestrajalność częstotliwości w zależności od średnicy rurki oferuje doskonałe narzędzie do badania kolektywnej dynamiki sieci sprzężonych oscylatorów. Otwiera to drogę do dziedziny optomechaniki, z obiecującymi zastosowaniami w telekomunikacji i czujnikach – podkreślono.

Nauka w Polsce (PAP)