تعمل العيوب النشطة بصريًا على تحسين الأنابيب النانوية الكربونية: يحقق علماء هايدلبرج السيطرة على العيوب باستخدام مسار تفاعل جديد

أعاد نشره أفلاطون

المتابعون: 0

الصفحة الرئيسية > صحافة > تعمل العيوب النشطة بصريًا على تحسين الأنابيب النانوية الكربونية: يحقق علماء هايدلبرج السيطرة على الخلل من خلال مسار تفاعل جديد

يمكن تحسين الخصائص الضوئية للأنابيب النانوية الكربونية ، التي تتكون من شبكة سداسية ملفوفة من ذرات الكربون sp2 ، من خلال العيوب. يتيح مسار التفاعل الجديد الإنشاء الانتقائي لعيوب sp3 النشطة بصريًا. يمكن لهذه الفوتونات أن تصدر فوتونات مفردة في الأشعة تحت الحمراء القريبة حتى في درجة حرارة الغرفة. الائتمان Simon Settele (Heidelberg)

المستخلص:
يمكن تغيير خصائص المواد النانوية القائمة على الكربون وهندستها من خلال الإدخال المتعمد لبعض "العيوب" أو العيوب الهيكلية. لكن التحدي يكمن في التحكم في عدد ونوع هذه العيوب. في حالة الأنابيب النانوية الكربونية - وهي مركبات أنبوبية صغيرة مجهرية تنبعث منها الضوء في الأشعة تحت الحمراء القريبة - أظهر الكيميائيون وعلماء المواد في جامعة هايدلبيرغ بقيادة الأستاذة الدكتورة جانا زومسيل مسارًا جديدًا للتفاعل لتمكين التحكم في هذا الخلل. ينتج عنه عيوب محددة نشطة بصريًا - تسمى عيوب sp3 - والتي تكون أكثر إنارة ويمكن أن تصدر فوتونات مفردة ، أي جزيئات الضوء. يعد الانبعاث الفعال لضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة مهمًا للتطبيقات في الاتصالات السلكية واللاسلكية والتصوير البيولوجي.

تعمل العيوب النشطة بصريًا على تحسين الأنابيب النانوية الكربونية: يحقق علماء هايدلبرج السيطرة على الخلل من خلال مسار تفاعل جديد

هايدلبرغ ، ألمانيا | نُشر في 9 أبريل 2021

عادة تعتبر العيوب شيئًا "سيئًا" يؤثر سلبًا على خصائص المادة ، مما يجعلها أقل كمالًا. ومع ذلك ، في بعض المواد النانوية مثل الأنابيب النانوية الكربونية ، يمكن أن تؤدي هذه "العيوب" إلى شيء "جيد" وتمكين وظائف جديدة. هنا ، يعد النوع الدقيق للعيوب أمرًا بالغ الأهمية. تتكون الأنابيب النانوية الكربونية من صفائح ملفوفة لشبكة سداسية من ذرات الكربون sp2 ، كما تحدث أيضًا في البنزين. يبلغ قطر هذه الأنابيب المجوفة حوالي نانومتر ويصل طولها إلى عدة ميكرومترات.

من خلال تفاعلات كيميائية معينة ، يمكن تحويل عدد قليل من ذرات الكربون sp2 في الشبكة إلى كربون sp3 ، والذي يوجد أيضًا في الميثان أو الماس. هذا يغير البنية الإلكترونية المحلية للأنبوب النانوي الكربوني وينتج عنه عيب نشط بصريًا. تنبعث عيوب sp3 هذه الضوء بشكل أكبر في الأشعة تحت الحمراء القريبة وتكون بشكل عام أكثر إنارة من الأنابيب النانوية التي لم يتم تشغيلها. نظرًا لهندسة الأنابيب النانوية الكربونية ، فإن الموقع الدقيق لذرات الكربون sp3 التي تم إدخالها يحدد الخصائص البصرية للعيوب. تقول جانا زومسيل ، الأستاذة في معهد الكيمياء الفيزيائية وعضو مركز المواد المتقدمة في جامعة هايدلبرغ: "لسوء الحظ ، لم يكن هناك حتى الآن سوى القليل جدًا من السيطرة على العيوب التي تتشكل".

أثبتت عالمة هايدلبرغ وفريقها مؤخرًا مسار تفاعل كيميائي جديد يتيح التحكم في الخلل والإنشاء الانتقائي لنوع واحد محدد فقط من عيوب sp3. هذه العيوب النشطة بصريًا هي "أفضل" من أي "عيوب" تم إدخالها سابقًا. يشرح البروفيسور زومسيل أنه ليس فقط أكثر إنارة ، بل إنها تُظهر أيضًا انبعاث فوتون واحد في درجة حرارة الغرفة. في هذه العملية ، يتم إصدار فوتون واحد فقط في كل مرة ، وهو شرط أساسي للتشفير الكمي والاتصالات عالية الأمان.

وفقًا لسيمون سيتيل ، طالب الدكتوراه في المجموعة البحثية للبروفيسور زومسيل والمؤلف الأول في الورقة التي أبلغت عن هذه النتائج ، فإن طريقة التعيين الجديدة هذه - إضافة محبة للنووية - بسيطة جدًا ولا تتطلب أي معدات خاصة. "لقد بدأنا للتو في استكشاف التطبيقات المحتملة. لا تزال العديد من الجوانب الكيميائية والفيزيائية الضوئية غير معروفة. ومع ذلك ، فإن الهدف هو خلق عيوب أفضل ".

هذا البحث هو جزء من مشروع "Trions and sp3- عيوب في أنابيب الكربون النانوية أحادية الجدار للإلكترونيات الضوئية" (TRIFECTs) ، بقيادة البروفيسور زومسيل وبتمويل من ERC Consolidator Grant من مجلس البحوث الأوروبي (ERC). هدفها هو فهم وهندسة الخصائص الإلكترونية والبصرية للعيوب في الأنابيب النانوية الكربونية.

"الاختلافات الكيميائية بين هذه العيوب دقيقة وعادة ما يتم تكوين تكوين الربط المطلوب فقط في أقلية من الأنابيب النانوية. إن القدرة على إنتاج أعداد كبيرة من الأنابيب النانوية ذات العيب المحدد وبكثافة العيوب الخاضعة للرقابة تمهد الطريق للأجهزة الإلكترونية الضوئية بالإضافة إلى مصادر الفوتون المفرد التي يتم ضخها كهربائيًا ، والتي تعد ضرورية للتطبيقات المستقبلية في التشفير الكمي ، كما يقول البروفيسور زومسيل.

# # #

كما شارك في هذا البحث علماء من جامعة لودفيج ماكسيميليان في ميونيخ ومركز ميونيخ لعلوم وتكنولوجيا الكم. ونشرت النتائج في مجلة "Nature Communications".

####

لمزيد من المعلومات ، يرجى الضغط هنا

جهات الاتصال:
الأستاذة الدكتورة جانا زومسيل
+49 622

حقوق النشر © جامعة هايدلبرغ

إذا كان لديك تعليق ، من فضلك اتصل بنا لنا.

جهات إصدار النشرات الإخبارية ، وليس 7th Wave، Inc. أو Nanotechnology Now ، هي المسؤولة وحدها عن دقة المحتوى.

المرجعية: