Многослойные нанотрубки содержат несколько концентрических цилиндров из атомов углерода, упакованных один в другой, как матрешки. Теперь физикам удалось отодвинуть самые внешние слои на одном конце такой структуры шириной всего в 100 атомов или около того и вытащить внутренние цилиндры.
Находка предполагает, что эти нанотрубки могут когда-нибудь стать крошечными подшипниками и пружинами наноразмерных машин.
Джон Камингс, аспирант-физик Калифорнийского университета в Беркли, провел эксперименты, включив сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) в просвечивающий электронный микроскоп. В то время как электронный микроскоп делал снимки с высоким разрешением, он использовал прочную нанотрубку, прикрепленную к зонду СТМ, для управления многостенной нанотрубкой, прикрепленной к предметному столику микроскопа.
После удаления нескольких внешних слоев атомов с конца фиксированной трубки Камингс обнаружил, что может вставлять ее внутренние цилиндры - возможно, четыре или около того - внутрь и наружу внешней оболочки.
Во время одного из испытаний связь между зондом Камингса и телескопической нанотрубкой оборвалась. К его удивлению, расширенные слои защелкнулись обратно в свои ножны, как это сделала бы пружина почти без трения. Камингс и Алекс Зеттл, также из Беркли, описали исследование в журнале Science от 28 июля.
«Это интересно, потому что они напрямую визуализируют структуру нанотрубки во время динамического процесса», - комментирует Ричард Суперфайн из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл.
Cumings и Zettl предполагают, что силы Ван-дер-Ваальса, которые смазывают графитовые листы, также действуют между слоями многослойных углеродных нанотрубок. Они говорят, что силы, которые вдавливают заблудшие трубы обратно внутрь, также обеспечивают почти идеальное движение, похожее на подшипник.
Хотя Камингс не смог проверить вращение одной трубы внутри другой, он считает, что удлиненная секция должна легко вращаться вокруг своей длинной оси, и надеется доказать это в ближайшее время.
Камингс растягивал и стягивал слои на нескольких нанотрубках по 10-20 раз каждый. Нанотрубки, которыми манипулировал Камингс, не имеют признаков износа при наномасштабном увеличении, сообщают он и Зеттл.
«Это действительно похоже на молекулярное совершенство», - говорит Камингс. Когда разработчики встраивают детали в микрочип или, возможно, в наночип, они хотят, чтобы они прослужили долго. «Это как иметь автомобиль, который нельзя взять в магазин», - говорит он.
Создание «набора инструментов для нанотехнологий» является активной областью исследований, говорит Superfine. «Мы пытаемся разработать и понять основные элементы, из которых состоят любые наномашины, будь то подшипники, пружины или шестерни», - добавляет он.
Следующей задачей будет интеграция компонентов, таких как тот, который нашел Камингс, в функциональные устройства, говорит Superfine.
«Это будет следующая забавная часть», - говорит он. «Я думаю, что в ближайшие пару лет вы начнете видеть, как люди собирают устройства вручную. Следующий шаг [после этого]… собирается понять, как вы можете настроить процесс, в котором вы можете сделать 10 000 таких или около того на чипе ».
«Я думаю, что отчет Камингса и Зеттла вызовет шок в сообществе нанонауки, и даже больше», - добавляет Ласло Форре из Федеральной политехнической школы Лозанны в Швейцарии. «Это откроет новые возможности».