• campo prossimo
• confocale
• elettroluminescenza
• fotoluminescenza
• Microscopia
• Nanotubi di carbonio
• SNOM
• topografia

I nanotubi di carbonio (CNT) sono cilindri costituiti da un singolo foglio di grafene arrotolato a formare un tubo. Sono una classe di materiali affascinanti da un punto di vista teorico e applicativo per via delle loro eccezionali proprietà fisiche. Teoria e pratica hanno dimostrato che nanotubi di carbonio a parete singola (SWNTs) possono avere carattere metallico o semiconduttore, con proprietà di trasporto molto interessanti per applicazioni in nanoelettronica.
In questo lavoro si descrivono le proprietà elettroniche dei SWNTs in termine di struttura a bande e si discute come la natura e i gap energetici siano legati alla geometria, in particolare diametro e chiralità. Le proprietà ottiche e optoelettroniche di fotoluminescenza ed elettroluminescenza sono introdotte da un punto di vista teorico allo scopo di fornire i necessari elementi interpretativi per l’indagine sperimentale condotta in questa tesi.
La caratterizzazione ottica dei nanotubi ha suscitato grande interesse per potenziali applicazioni anche in ambito biomedico, come ad esempio per realizzare bio-markers (basti pensare ai sistemi DNA-CNT). Tuttavia le loro dimensioni nanometriche rendono difficoltosa l’analisi di singoli CNT, che non può essere compiuta con metodi ottici convenzionali a causa della loro limitata risoluzione spaziale. Questo aspetto è particolarmente rilevante quando devono essere studiati sistemi e dispositivi basati proprio su singoli nanotubi, come i diodi emettitori a CNT (CNT-LED) indagati in questo lavoro.
La parte sperimentale è basata sull’utilizzo del microscopio a scansione di sonda SNOM (Scanning Near field Optical Microscope), sfruttando quindi le potenzialità del campo prossimo che consentono una risoluzione spaziale non limitata dal fenomeno della diffrazione. Lo SNOM è uno strumento che appartiene alla famiglia degli SPMs (Scanning Probe Microscopes), ed è dunque dotato di trasduttori piezoelettrici, che controllano il movimento sul campione con accuratezza sub-nanometrica, e di una sonda con la quale studiare le proprietà ottiche locali dei campioni. In questo modo si riesce a scandire ciascun punto della regione di area selezionata, al fine di costruire mappe che contengono le diverse informazioni che il microscopio può fornire.
La complessità del comportamento dei campioni analizzati e le problematiche riscontrate in questa fase di lavoro hanno contribuito allo sviluppo di un nuovo strumento e a nuovi accorgimenti nelle misure, che vengono presentati nella seconda parte di questo lavoro, che comprende la progettazione e realizzazione di modifiche apportate su un microscopio invertito commerciale al fine principale di aumentare l’efficienza di raccolta dell’emissione e di combinare le potenzialità delle tecniche SNOM e confocale.
L’utilizzo di questi strumenti nel settore biomedico, in particolare nelle bio-nanotecnologie e nell’ingegneria cellulare, rappresenta un valore aggiunto nell’ambito dell’imaging e della nanoscopia, in particolare nella caratterizzazione ottica di campioni nano strutturati e nella risposta dei biosistemi alla luce.