Einem internationalen Team, darunter Forschern der Pennsylvania State University, ist es erstmals gelungen, Niobsulfid-Nanoröhren mit stabilen und vorhersagbaren Eigenschaften zu synthetisieren. Diese in ACS Nano veröffentlichte Errungenschaft stellt einen Durchbruch in der Materialwissenschaft dar. Es wird erwartet, dass diese neuartigen Nanomaterialien den Weg für schnellere elektronische Geräte, effiziente Energieübertragung und die Entwicklung zukünftiger Quantencomputer ebnen werden, wobei Salz eine entscheidende Rolle spielt.
Nanoröhren sind extrem kleine, hohle Zylinderstrukturen, die durch das Aufrollen atomarer Lagen entstehen. Ihre einzigartige Größe und Form verleihen ihnen Eigenschaften, die sich von dreidimensionalen oder makroskopischen Materialien unterscheiden. Sie sind fester als Stahl, leichter als Kunststoff, weisen einen geringen elektrischen Widerstand und eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf und zeigen exotische Quanteneffekte. Dadurch sind sie ideale Bausteine für zukünftige Technologien. Bisher konnten Wissenschaftler Nanoröhren zwar aus Kohlenstoff und dem isolierenden Bornitrid herstellen, jedoch nicht aus Metallen, da Metalle auf atomarer Ebene andere Eigenschaften besitzen.
Das Forschungsteam nutzte Niobdisulfid, das einzigartige Eigenschaften wie Supraleitung besitzt, um daraus extrem feine Röhrchen herzustellen. Diese wurden anschließend um Kohlenstoff- und Bornitrid-Nanoröhren gewickelt. Der Durchbruch bestand darin, eine spiralförmige Struktur zu erreichen; solche Materialien neigen normalerweise dazu, sich zu flachen Schichten auszubreiten. Die Zugabe einer geringen Menge Salz spielt eine entscheidende Rolle im Wachstumsprozess: Ohne Salz wächst Niobdisulfid flach, mit Salz hingegen bildet es die gewünschte äußere Hülle.
Diese Nanoröhren neigen dazu, Doppelschichtstrukturen zu bilden; die meisten Nanoröhren mit kleinem Durchmesser sind Doppelschichten und nicht einschichtig, was Doppelschichtstrukturen vorteilhafter macht. Das Wachstum der Elektronenhüllen in den Doppelschichten beruht auf der Bewegung von Elektronen zwischen den beiden Schichten. Rotkin schlug ein neues Modell vor und verifizierte es durch Computersimulationen. Dessen spiralförmige Gestalt löst das Problem der Handhabung planarer zweidimensionaler Materialien und ist stabiler als Nanodrähte, die aus zweidimensionalen Flächen geschnitten werden.
Rotkin erklärte, dass die Anwendung der Supraleitung von zweidimensionalem Niobdisulfid auf eindimensionale Nanoröhren neue Möglichkeiten für Quantencomputer und die Herstellung von Superdrähten eröffnen und so die Geschwindigkeit und Effizienz elektronischer Bauelemente verbessern würde. Obwohl sich die Forschung derzeit noch in der Grundlagenphase befindet, liefert sie einen wichtigen Machbarkeitsnachweis, und zukünftige Forschung könnte untersuchen, wie sie in verschiedene Technologien integriert werden kann.
Weitere Informationen: Wanyu Dai et al., One-dimensional van der Waals heterostructures of metallic NbS₂, ACS Nano (2025).
