手性材料以非常精确的方式与光相互作用，这对于制造更好的显示器、传感器和更强大的设备非常有用。然而，大规模可靠的手性等工程性质仍然是纳米技术的重大挑战。

莱斯大学Junichiro Kono实验室的科学家们已经开发出两种从非手性混合物开始制造晶圆级合成手性碳纳米管(CNT)组件的方法。根据发表在《自然通讯》上的一项研究，由此产生的“龙卷风”和“扭曲堆叠”薄膜可以控制椭圆度——偏振光的一种特性——到一个以前基本上无法达到的水平和光谱范围。

莱斯大学应用物理学研究生、该研究的主要作者雅克·杜玛尼(Jacques Doumani)说:“这些方法使我们能够有意识地、持续地将手性引入到材料中，而到目前为止，这些材料在宏观尺度上还没有表现出这种性质。”“我们的方法可以产生具有可调手性的薄而灵活的薄膜。”

碳纳米管是由碳原子制成的空心圆柱形结构，具有优异的电学、力学、热学和光学性能。单壁碳纳米管的直径大约比一根头发的直径小10万倍。

问题是，大多数制造大量碳纳米管的方法通常会产生不均匀的、无序的纳米管组件，而这是众多应用所必需的。这种随机结构降低了材料的整体性能。

如果能够制造出足够多的薄膜，其中的纳米管具有相同的直径和方向，就可以推动从信息系统到医疗或能源应用等广泛领域的创新。

“在之前的研究中，我们证明了我们的真空过滤技术可以在相当大的尺度上实现碳纳米管的近乎完美的排列，”科诺说，他是卡尔·f·哈塞尔曼工程学教授，电子和计算机工程、材料科学和纳米工程教授，也是该论文的主要研究者之一。“这项研究通过引入手性，使我们的工作进入了一个令人兴奋的新方向。”

运动可以使碳纳米管有序排列产生手性扭曲，这一发现完全是偶然发现的。

Doumani说:“这确实是一个意想不到的转折，”他讲述了与真空过滤系统放在同一张桌子上的摇晃的泵是如何引起意想不到的振动的，这种振动将对齐的碳纳米管层缠绕成龙卷风般的螺旋。

他说:“这些振动对组装的碳纳米管的结构产生了深远的影响，促使我们进一步探索和完善这种新发现的现象。”“这个偶然的发现使我们认识到，我们可以通过调整旋转角度和震动条件来设计具有所需特性的碳纳米管结构。”

Kono将碳纳米管组装的手性对称性比作“艺术品”。

科诺说:“我为雅克的发现感到特别自豪，因为我们可以将碳纳米管过滤和振动结合起来，以调整这些晶圆级薄膜的特性。”

第二种实现手性的方法是通过控制层数和扭转角度，以一定角度堆叠高度排列的碳纳米管薄膜。

杜玛尼说:“我们在深紫外范围内取得了一个非凡的里程碑，在那里我们创造了椭圆度的新记录。”“更重要的是，与这个领域的竞争对手相比，我们的技术非常简单。我们不需要一个复杂的系统来制作这些电影。”

这些技术可用于设计新型光电子器件的材料，如led、激光器、太阳能电池和光电探测器。这也是一种潜在的装置，可用于使用其他纳米材料(如氮化硼纳米管和二硒化钨纳米管)制造晶圆级手性薄膜。

“这一发现为各种应用带来了希望，”Doumani说。“在制药和生物医学领域，它在生物传感、深海成像和识别有用化合物方面具有潜力。在通信方面，它可以增强导弹探测，保护通信通道和增强抗干扰能力。在量子计算工程中，它为更确定的光子-发射器耦合铺平了道路。

“我们很高兴能将这项技术扩展到其他类型的纳米材料上。”