نقص‌های فعال نوری نانولوله‌های کربنی را بهبود می‌بخشند: دانشمندان هایدلبرگ با یک مسیر واکنش جدید به کنترل نقص دست می‌یابند

بازنشر افلاطون

دنبال: 0

صفحه اصلی > رسانه ها و مطبوعات > نقص‌های فعال نوری نانولوله‌های کربنی را بهبود می‌بخشند: دانشمندان هایدلبرگ با یک مسیر واکنش جدید به کنترل نقص دست می‌یابند.

خواص نوری نانولوله‌های کربنی که از یک شبکه شش ضلعی از اتم‌های کربن sp2 تشکیل شده‌اند، از طریق نقص‌ها قابل بهبود هستند. یک مسیر واکنش جدید، ایجاد انتخابی نقص‌های نوری فعال sp3 را امکان‌پذیر می‌سازد. اینها می توانند فوتون های منفرد را در مادون قرمز نزدیک حتی در دمای اتاق ساطع کنند. اعتبار سیمون سیتل (هایدلبرگ)

چکیده:
خواص نانومواد مبتنی بر کربن را می توان از طریق معرفی عمدی «نقایص» یا نقص ساختاری تغییر داد و مهندسی کرد. چالش اما کنترل تعداد و نوع این عیوب است. در مورد نانولوله‌های کربنی - ترکیبات لوله‌ای کوچک میکروسکوپی که نور را در مادون قرمز نزدیک ساطع می‌کنند - شیمی‌دانان و دانشمندان مواد در دانشگاه هایدلبرگ به سرپرستی پروفسور دکتر Jana Zaumseil اکنون یک مسیر واکنش جدید را نشان داده‌اند که امکان کنترل چنین نقصی را فراهم می‌کند. این منجر به نقص‌های فعال نوری خاص - به اصطلاح نقص sp3 - می‌شود که درخشان‌تر هستند و می‌توانند فوتون‌های منفرد، یعنی ذرات نور را ساطع کنند. انتشار کارآمد نور مادون قرمز نزدیک برای کاربردها در مخابرات و تصویربرداری بیولوژیکی مهم است.

نقص‌های فعال نوری نانولوله‌های کربنی را بهبود می‌بخشند: دانشمندان هایدلبرگ با یک مسیر واکنش جدید به کنترل نقص دست می‌یابند.

هایدلبرگ، آلمان | ارسال شده در 9 آوریل 2021

معمولاً عیوب، چیزی «بد» در نظر گرفته می‌شوند که بر خواص یک ماده تأثیر منفی می‌گذارد و آن را کم‌عمل می‌کند. با این حال، در نانومواد خاصی مانند نانولوله‌های کربنی، این «نقص» می‌تواند منجر به چیزی «خوب» شود و قابلیت‌های جدیدی را فعال کند. در اینجا، نوع دقیق عیوب بسیار مهم است. نانولوله های کربنی از ورقه های نورد شده از شبکه شش ضلعی از اتم های کربن sp2 تشکیل شده اند، همانطور که در بنزن نیز وجود دارند. قطر این لوله های توخالی حدود یک نانومتر و طول آن تا چندین میکرومتر می رسد.

از طریق واکنش های شیمیایی خاص، چند اتم کربن sp2 از شبکه را می توان به کربن sp3 تبدیل کرد که در متان یا الماس نیز یافت می شود. این امر ساختار الکترونیکی محلی نانولوله کربنی را تغییر می‌دهد و منجر به یک نقص فعال نوری می‌شود. این نقص‌های sp3 نور را حتی بیشتر در مادون قرمز نزدیک ساطع می‌کنند و در مجموع درخشان‌تر از نانولوله‌هایی هستند که کاربردی نشده‌اند. با توجه به هندسه نانولوله‌های کربنی، موقعیت دقیق اتم‌های کربن sp3 معرفی‌شده، ویژگی‌های نوری عیوب را تعیین می‌کند. جانا زامسیل، استاد مؤسسه شیمی فیزیک و عضو مرکز مواد پیشرفته در دانشگاه هایدلبرگ، می‌گوید: «متاسفانه تاکنون کنترل بسیار کمی بر روی عیوب ایجاد شده وجود داشته است.

دانشمند هایدلبرگ و تیم او اخیراً یک مسیر واکنش شیمیایی جدید را نشان دادند که کنترل نقص و ایجاد انتخابی تنها یک نوع خاص از نقص sp3 را امکان‌پذیر می‌سازد. این نقص های فعال نوری "بهتر" از هر یک از "نقایص" معرفی شده قبلی هستند. پروفسور Zaumseil توضیح می دهد که آنها نه تنها درخشندگی بیشتری دارند، بلکه انتشار تک فوتون را در دمای اتاق نشان می دهند. در این فرآیند، در هر زمان تنها یک فوتون ساطع می شود که پیش نیاز رمزنگاری کوانتومی و ارتباط از راه دور بسیار ایمن است.

به گفته Simon Settele، دانشجوی دکترا در گروه تحقیقاتی پروفسور Zaumseil و اولین نویسنده مقاله که این نتایج را گزارش می‌کند، این روش عامل‌سازی جدید - یک افزودنی هسته دوست - بسیار ساده است و به تجهیزات خاصی نیاز ندارد. ما تازه شروع به کشف برنامه های کاربردی بالقوه کرده ایم. بسیاری از جنبه های شیمیایی و فوتوفیزیکی هنوز ناشناخته هستند. با این حال، هدف ایجاد نقص‌های بهتر است.»

این تحقیق بخشی از پروژه "Trions and sp3-Defects in Single-walled Carbon Nanotubes for Optoelectronics" (TRIFECTs) است که توسط پروفسور Zaumseil رهبری می شود و توسط یک ERC Consolidator Grant از شورای تحقیقات اروپا (ERC) تامین شده است. هدف آن درک و مهندسی خواص الکترونیکی و نوری نقص در نانولوله های کربنی است.

تفاوت‌های شیمیایی بین این نقص‌ها ظریف است و پیکربندی اتصال مورد نظر معمولاً فقط در تعداد کمی از نانولوله‌ها شکل می‌گیرد. پروفسور Zaumseil می گوید، توانایی تولید تعداد زیادی نانولوله با یک نقص خاص و با تراکم نقص کنترل شده، راه را برای دستگاه های اپتوالکترونیکی و همچنین منابع تک فوتون پمپ شده الکتریکی، که برای کاربردهای آینده در رمزنگاری کوانتومی مورد نیاز است، هموار می کند.

###

همچنین دانشمندانی از دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان مونیخ و مرکز علوم و فناوری کوانتومی مونیخ در این تحقیق شرکت داشتند. نتایج در مجله "Nature Communications" منتشر شد.

####

برای اطلاعات بیشتر، لطفا کلیک کنید اینجا کلیک نمایید

تماس با ما:
پروفسور دکتر جانا زامسیل
49-622-154-5065

حق چاپ © دانشگاه هایدلبرگ

اگر نظری دارید بفرمایید تماس با ما ما.

مسئولیت صحت محتوا به عهده صادرکنندگان انتشارات خبری است، نه موج هفتم، شرکت یا نانوتکنولوژی اکنون.

نشانک: