Struktura

NW stanowią jednowymiarowy przewodnik z przerwą energetyczną zależną od struktury nanorurki. Opis teoretyczny właściwości wielościennych NW jest trudny ze względu na możliwe rozmaite struktury warstw i ich oddziaływanie, prostszy jest w przypadku jednościennych NW. Właściwości elektronowe jednościennych NW zależą od ich średnicy i orientacji sześciokątów węglowych w stosunku do osi nanorurki. Oś główna sieci heksagonalnej poprowadzona ze środka sześciokąta do jednego z atomów jest równoległa do osi NW w rurkach nazywanych typu zigzag, a prostopadła do osi w NW typu fotela (ang. armchair). Sześciokąty mogą mieć również inną dowolną orientację względem osi NW. Poruszając się wzdłuż osi głównej sieci heksagonalnej po tworzącej NW, poruszamy się po spirali, która określa skrętność NW. Przyjmując, że n jest liczbą sześciokątów na obwodzie NW, a m skokiem spirali, to w NW typu zigzag m = 0, zaś w NW typu fotela n = m. Liczby całkowite (n, m) jednoznacznie określają symetrię NW.

Rysunek 6. Fragmenty nanorurek węglowych, od góry: spiralnej (8,4), typu fotela (10,10), typu zigzag (9,0). Pokazane są również spirale utworzone przez szęściokąty na tworzącej walca

Zgodnie z obliczeniami struktury pasmowej przeprowadzonymi w przybliżeniu silnego wiązania (R. Saito i współpracownicy oraz inne zespoły) wynika, że jeśli spełniony jest warunek: 2n + m = 3q, gdzie q jest liczbą całkowitą, NW mają właściwości jednowymiarowego przewodnika metalicznego. Wynika stąd, że 1/3 wszystkich NW wykazuje przewodnictwo metaliczne, w szczególności wszystkie NW typu fotela, pozostałe są półprzewodzące. Przerwa energetyczna E_g nanorurek półprzewodzących jest odwrotnie proporcjonalna do ich średnicy d_t: E_g ~1/d_t; np.: przy d_t = 2 nm E_g = 0,45 eV, a dla d_t = 5 nm E_g = 0,18 eV.

Gęstość stanów w jednowymiarowych pasmach energetycznych (zajętych i wolnych) nie zmienia się w sposób ciągły w funkcji energii, lecz ma osobliwość typu (E - E_k)^-1/2, dla E > E_k, przy krawędzi E_k każdego z pasm; istnieje zatem szereg maksimów gęstości stanów zarówno w metalicznych, jak i półprzewodzących NW.

Uważa się, że NW będą mogły być wykorzystane do budowy nanoelementów elektronicznych. Pojedyncza nanorurka, której skrętność w jednej części byłaby inna niż w jej dalszej części tak, że część byłaby metaliczna, a reszta półprzewodząca byłaby jednowymiarowym złączem metal-półprzewodnik; również wygięcie NW zmienia lokalnie jej przerwę energetyczną i czyni z niej element aktywny.