Фотопроводимость одностенных нанотрубок – одна из областей исследования современной физики твердого тела. Такие нанотрубки представляют собой практически идеальные одномерные структуры с потрясающими, однако еще не изученными до конца свойствами. Довольно мало литературных данных посвящено вопросам исследования транспортных свойств, а также электронным состояниям агрегатов нанотрубок. Понять основы электронного транспорта в таких системах можно, изучая организацию и поведение нанотрубок на микро- и мезоуровне. Однако для получения таких данных необходимы массивы нанотрубок с хорошей морфологией, сложность получения которых и делает исследования фотопроводимости столь редкими.
Для решения этой проблемы группа итальянских ученых синтезировала упорядоченные массивы нанотрубок методом химического осаждения из газовой фазы по ранее известной процедуре. Идея, лежащая в основе получения "макроразмерных лент", основана на перестройке нанотрубок, окисленных предварительно KMnO4/H2SO4 и диспергированных в воде. Ленты длиной в несколько миллиметров и несколько микрон в поперечнике были получены в результате получасовой реакции при комнатной температуре. Для удаления слоев графита, присутствующих на внешней поверхности, ленты обрабатывали 1М раствором HNO3.
Морфологию пленки исследовали методами сканирующей и высокоразрешающей просвечивающей электронной микроскопии. По данным SEM, ленты состоят из хорошо упакованных упорядоченных пучков (Рис. 1а). Некоторые типичные пучки были изучены с помощью HRTEM, что показало, что они состоят из параллельно упорядоченных нанотрубок (Рис. 1б) с диаметром около 1 нм. Поразителен малый разброс по диаметрам (в пределах 0.05 нм), поскольку обычно удается получить лишь смесь различных по диаметру нанотрубок. Чтобы подтвердить идентичность нанотрубок, ряд пучков изучали методом электронной дифракции, которая также показала, что все они имеют диаметр 1.10 +/- 0.02 нм.
Фотопроводимость изучали после напыления золотых электродов, источником света служила галогеновая лампа (длина волны 850 нм) при Т=250 К. На Рис. 2 показано отношение фототоков при освещении и в темноте (напряжение в диапазоне 1.2-3.6 эВ при давлении 10-3 мбар и освещенности 30 мВт/мм2). На рисунке также показана лента размером 50мкм x 1мм, подготовленная для измерений. На спектре явно видны три максимума - 1.45, 1.95 и 2.95 эВ, - очень близкие по значению к величинам второй и третьей запрещенной зоны полупроводниковых нанотрубок диаметром 0.75 - 1.1 нм.
Фототок был также измерен и при различных давлениях в интервале 103-10-3 мбар (Рис. 3). Зачительный рост амплитуды в процессе откачки показывает, что фотопроводимость вызвана не молекуклярной десорбцией с нанотрубок, а формированием электрон-дырочных пар, центрами которого могут быть молекулы газа, адсорбированного при атмосферном давлении.
