Вчені з США домоглися успіху при впровадженні в вуглецеві нанотрубки домішки азоту за допомогою методу, який передбачає просте управління кількістю активного газу, що містить азот, в процесі росту. Досягнутий ними результат означає, що метод міг би використовуватися для гнучкого управління електронним характером подібних наноструктур, які можна було б застосовувати в енергетиці, пристроях зберігання даних і т.п.
Вимірювання показують, що вуглецеві нанотрубки з домішкою атомів азоту набагато краще проводять електричний струм, ніж чисті вуглецеві нанотрубки. Це пов'язано з тим, що атоми домішки зрушують рівень Фермі в напівпровіднику в напрямку зони провідності. Таким чином, азотна домішка відкриває найширші можливості для управління провідністю нанотрубок. Зокрема, це властивість може бути використано для створення нанотрубок, що мають різні рівні Фермі на різних своїх кінцях, тобто фактично, мають різну провідність (для цього досить просто включити в нанотрубку з різних кінців різну кількість домішки). Це дозволило б розробляти різноманітні інженерні матеріали з найширшим діапазоном застосувань.
Дослідники з Rice University і Vanderbilt University (США) використовували методику, відому як супер-зростання (supergrow) в комплексі з ультратонким каталітичним шаром заліза товщиною 0,5 нм. Це дозволило вирощувати одностінні нанотрубки, які самостійно збираються в вертикально-орієнтовані структури, закріплені на ультратонкому каталітичному шарі. Зростання вуглецевих нанотрубок в цій системі відбувається швидко за рахунок присутності невеликої кількості водяної пари в обсязі, де знаходяться нанотрубки.
Щоб додати до зростаючі вуглецеві нанотрубки домішки вчені просто об'єднали в своїй роботі кілька методів, відкритих раніше; зокрема, описану вище ідею супер-зростання з використанням прекурсору, який розпадається на активні молекули з потрійним зв'язком між вуглецем і азотом. Таким чином, в процесі росту в нанотрубку потрапляють і атоми азоту. При цьому кількість домішки можна контролювати за допомогою простого регулювання кількості прекурсору. Також вчені виявили, що ціаністий водень (HCN) може забезпечити включення необхідного числа атомів азоту в вуглецеву нанотрубку (тобто виступати в ролі прекурсора). Варто зазначити, що структура ціаністого водню дуже схожа на C2H2 - найбільш активної речовини, що сприяє зростанню чистих вуглецевих нанотрубок.
Дослідники вважають, що виконана робота - це величезний крок у напрямку контрольованого впровадження домішок в вуглецеві наноматеріали. Вуглецеві нанотрубки з домішкою азоту можуть використовуватися для створення більш провідних структур в рамках пристроїв збереження енергії (наприклад, суперконденсаторів) або для формування легких проводів з вуглецевих нанотрубок. На подібні компоненти вже зараз існує великий попит, наприклад, в космічній промисловості (хоча на даний момент в цих областях застосовується звичайна мідь).
Наступним кроком вчені планують досліджувати властивості вирощених нанотрубок як на макро-рівні, так і на рівні однієї нанотрубки.