Optically Active Defects Improve Carbon Nanotubes: Heidelberg Scientists Achieve Defect Control With A New Reaction Pathway

Taasavaldanud Platon

järgijaid: 0

Avaleht > press > Optiliselt aktiivsed defektid parandavad süsinik-nanotorusid: Heidelbergi teadlased saavutavad defektide kontrolli uue reaktsiooniraja abil

Süsinik-nanotorude optilisi omadusi, mis koosnevad sp2 süsinikuaatomite kokkurullitud kuusnurksest võrest, saab parandada defektide kaudu. Uus reaktsioonirada võimaldab selektiivselt luua optiliselt aktiivseid sp3 defekte. Need võivad infrapunakiirguses kiirata üksikuid footoneid isegi toatemperatuuril. KREDIT Simon Settele (Heidelberg)

Abstraktne:
Süsinikupõhiste nanomaterjalide omadusi saab muuta ja konstrueerida teatud struktuuriliste "defektide" või defektide tahtliku sisseviimisega. Väljakutse seisneb aga nende defektide arvu ja tüübi kontrolli all hoidmises. Süsinik-nanotorude puhul – mikroskoopiliselt väikesed torukujulised ühendid, mis kiirgavad valgust lähi-infrapunas – on Heidelbergi ülikooli keemikud ja materjaliteadlased eesotsas prof dr Jana Zaumseiliga demonstreerinud uut reaktsioonirada, mis võimaldab sellist defekti kontrollida. Selle tulemuseks on spetsiifilised optiliselt aktiivsed defektid – nn sp3 defektid –, mis on rohkem luminestseeruvad ja võivad kiirata üksikuid footoneid ehk valgusosakesi. Lähi-infrapunavalguse tõhus kiirgus on oluline telekommunikatsiooni ja bioloogilise pildistamise rakenduste jaoks.

Optiliselt aktiivsed defektid parandavad süsinik-nanotorusid: Heidelbergi teadlased saavutavad defektide kontrolli uue reaktsiooniraja abil

Heidelberg, Saksamaa | Postitatud 9. aprillil 2021

Tavaliselt peetakse defekte millekski "halvaks", mis mõjutab negatiivselt materjali omadusi, muutes selle vähem täiuslikuks. Teatud nanomaterjalide, näiteks süsinik-nanotorude puhul võivad need "puudused" aga anda midagi "head" ja võimaldada uusi funktsioone. Siin on defektide täpne tüüp otsustava tähtsusega. Süsiniknanotorud koosnevad kokkurullitud lehtedest kuusnurksest võrest sp2 süsinikuaatomitest, nagu neid esineb ka benseenis. Need õõnsad torud on umbes ühe nanomeetri läbimõõduga ja kuni mitu mikromeetrit pikad.

Teatud keemiliste reaktsioonide kaudu saab võre mõne sp2 süsinikuaatomi muuta sp3 süsinikuks, mida leidub ka metaanis või teemandis. See muudab süsinik-nanotoru lokaalset elektroonilist struktuuri ja tulemuseks on optiliselt aktiivne defekt. Need sp3 defektid kiirgavad infrapunakiirguses valgust veelgi kaugemale ja on üldiselt luminestseeruvamad kui funktsionaliseerimata nanotorud. Süsinik-nanotorude geomeetria tõttu määrab sisestatud sp3 süsinikuaatomite täpne asukoht defektide optilised omadused. "Kahjuks on siiani olnud väga vähe kontrolli selle üle, millised defektid tekivad," ütleb Jana Zaumseil, kes on füüsikalise keemia instituudi professor ja Heidelbergi ülikooli täiustatud materjalide keskuse liige.

Heidelbergi teadlane ja tema meeskond demonstreerisid hiljuti uut keemilise reaktsiooni rada, mis võimaldab defektide kontrolli ja ainult ühe spetsiifilise sp3 defekti tüübi valikulist loomist. Need optiliselt aktiivsed defektid on "paremad" kui kõik varem tutvustatud "puudused". Prof Zaumseil selgitab, et need ei ole mitte ainult luminestseeruvamad, vaid näitavad ka ühe fotoni emissiooni toatemperatuuril. Selle protsessi käigus eraldub korraga ainult üks footon, mis on kvantkrüptograafia ja üliturvalise telekommunikatsiooni eeldus.

Prof Zaumseili uurimisrühma doktorandi Simon Settele ja neid tulemusi kajastava paberi esimese autori sõnul on see uus funktsionaliseerimismeetod – nukleofiilne lisamine – väga lihtne ega vaja erivarustust. "Me alles alustame potentsiaalsete rakenduste uurimist. Paljud keemilised ja fotofüüsikalised aspektid on siiani teadmata. Eesmärk on aga veelgi paremaid defekte tekitada.»

See uurimus on osa projektist „Trionid ja sp3-defektid üheseinalistes süsiniknanotorudes optoelektroonika jaoks” (TRIFECTs), mida juhib prof Zaumseil ja mida rahastab Euroopa Teadusnõukogu (ERC) ERC konsolideerimistoetus. Selle eesmärk on mõista ja kujundada süsiniknanotorude defektide elektroonilisi ja optilisi omadusi.

"Keemilised erinevused nende defektide vahel on väikesed ja soovitud sidumiskonfiguratsioon moodustub tavaliselt ainult väheses osas nanotorudest. Võimalus toota suurel hulgal spetsiifilise defektiga ja kontrollitud defektide tihedusega nanotorusid sillutab teed optoelektroonilistele seadmetele ja elektriliselt pumbatavatele ühefootonilistele allikatele, mida on vaja tulevaste kvantkrüptograafia rakenduste jaoks,“ ütleb prof Zaumseil.

# # #

Sellesse uuringusse kaasati ka Müncheni Ludwig Maximiliani ülikooli ja Müncheni kvantteaduse ja -tehnoloogia keskuse teadlased. Tulemused avaldati ajakirjas Nature Communications.

####

Lisateabe saamiseks klõpsake nuppu siin

Kontaktid:
Prof dr Jana Zaumseil
49-622-154-5065

Autoriõigus © Heidelbergi Ülikool

Kui teil on kommentaar, palun Saada sõnum meile.

Sisu täpsuse eest vastutavad ainuüksi uudisteväljaannete väljaandjad, mitte 7th Wave, Inc. või Nanotechnology Now.

Järjehoidja: