Optisesti aktiiviset viat parantavat hiilinanoputkia: Heidelbergin tiedemiehet saavuttavat vikojen hallinnan uudella reaktioväylällä

Julkaissut Platon

seuraajia: 0

Koti > lehdistö > Optisesti aktiiviset viat parantavat hiilinanoputkia: Heidelbergin tiedemiehet saavuttavat vikojen hallinnan uudella reaktioreitillä

Hiilinanoputkien, jotka koostuvat rullautuneesta sp2-hiiliatomien kuusikulmaisesta hilasta, optisia ominaisuuksia voidaan parantaa vikojen kautta. Uusi reaktioreitti mahdollistaa optisesti aktiivisten sp3-virheiden selektiivisen luomisen. Ne voivat lähettää yksittäisiä fotoneja lähi-infrapunasäteilyssä jopa huoneenlämpötilassa. LUOTTO Simon Settele (Heidelberg)

Tiivistelmä:
Hiilipohjaisten nanomateriaalien ominaisuuksia voidaan muuttaa ja muokata ottamalla tarkoituksellisesti käyttöön tiettyjä rakenteellisia "puutteita" tai vikoja. Haasteena on kuitenkin näiden vikojen määrän ja tyypin hallitseminen. Hiilinanoputkien – mikroskooppisesti pienten putkimaisten yhdisteiden, jotka säteilevät valoa lähi-infrapunassa – tapauksessa Heidelbergin yliopiston kemistit ja materiaalitutkijat professori tohtori Jana Zaumseilin johdolla ovat nyt osoittaneet uuden reaktioreitin, joka mahdollistaa tällaisten vikojen hallinnan. Se johtaa tiettyihin optisesti aktiivisiin virheisiin – ns. sp3-virheisiin – jotka ovat enemmän luminoivia ja voivat lähettää yksittäisiä fotoneja eli valohiukkasia. Lähi-infrapunavalon tehokas emissio on tärkeä tietoliikenteen ja biologisen kuvantamisen sovelluksissa.

Optisesti aktiiviset viat parantavat hiilinanoputkia: Heidelbergin tutkijat saavuttavat vikojen hallinnan uudella reaktioreitillä

Heidelberg, Saksa | Julkaistu 9. huhtikuuta 2021

Yleensä vikoja pidetään "huonona", joka vaikuttaa negatiivisesti materiaalin ominaisuuksiin ja tekee siitä vähemmän täydellistä. Tietyissä nanomateriaaleissa, kuten hiilinanoputkissa, nämä "epätäydellisyydet" voivat kuitenkin johtaa johonkin "hyvään" ja mahdollistaa uusia toimintoja. Tässä vikojen tarkka tyyppi on ratkaiseva. Hiilinanoputket koostuvat sp2-hiiliatomien kuusikulmaisen hilan rullalle rullatuista levyistä, kuten niitä esiintyy myös bentseenissä. Nämä ontot putket ovat halkaisijaltaan noin yhden nanometrin ja jopa useita mikrometrejä pitkiä.

Tiettyjen kemiallisten reaktioiden avulla hilan muutama sp2-hiiliatomi voidaan muuttaa sp3-hiileksi, jota löytyy myös metaanista tai timantista. Tämä muuttaa hiilinanoputken paikallista elektronirakennetta ja johtaa optisesti aktiiviseen vikaan. Nämä sp3-virheet lähettävät valoa vielä pidemmälle lähi-infrapunassa ja ovat kaiken kaikkiaan luminesoivampia kuin nanoputket, joita ei ole funktionalisoitu. Hiilinanoputkien geometriasta johtuen lisättyjen sp3-hiiliatomien tarkka sijainti määrittää vikojen optiset ominaisuudet. "Valitettavasti toistaiseksi on ollut hyvin vähän valvontaa siihen, mitä vikoja muodostuu", sanoo Jana Zaumseil, joka on professori fysikaalisen kemian instituutissa ja Heidelbergin yliopiston edistyneiden materiaalien keskuksen jäsen.

Heidelbergin tiedemies ja hänen tiiminsä esittelivät äskettäin uuden kemiallisen reaktioreitin, joka mahdollistaa vikojen hallinnan ja vain yhden sp3-virhetyypin valikoivan luomisen. Nämä optisesti aktiiviset viat ovat "parempia" kuin mikään aiemmin esitellyistä "epätäydellisyyksistä". Ne eivät ainoastaan ole luminoivia, vaan ne osoittavat myös yhden fotonin emissiota huoneenlämpötilassa, prof. Zaumseil selittää. Tässä prosessissa emittoidaan vain yksi fotoni kerrallaan, mikä on kvanttisalauksen ja erittäin turvallisen tietoliikenteen edellytys.

Professori Zaumseilin tutkimusryhmän tohtoriopiskelijan ja tuloksia raportoivan paperin ensimmäisen kirjoittajan Simon Setteleen mukaan tämä uusi funktionalisointimenetelmä – nukleofiilinen lisäys – on hyvin yksinkertainen eikä vaadi erityisiä laitteita. "Olemme vasta alkamassa tutkia mahdollisia sovelluksia. Monet kemialliset ja fotofysikaaliset näkökohdat ovat edelleen tuntemattomia. Tavoitteena on kuitenkin luoda vielä parempia puutteita."

Tämä tutkimus on osa projektia "Trions and sp3-Defects in Single-walled Carbon Nanotubes for Optoelectronics" (TRIFECTs), jota johtaa professori Zaumseil ja jota rahoittaa Euroopan tutkimusneuvoston (ERC) ERC Consolidator Grant -apuraha. Sen tavoitteena on ymmärtää ja suunnitella hiilinanoputkien vikojen elektronisia ja optisia ominaisuuksia.

"Kemialliset erot näiden vikojen välillä ovat hienovaraisia ja haluttu sitoutumiskonfiguraatio muodostuu yleensä vain pienestä osasta nanoputkia. Mahdollisuus tuottaa suuria määriä nanoputkia, joissa on tietty vika ja joiden vikatiheys on kontrolloitu, tasoittaa tietä optoelektronisille laitteille sekä sähköisesti pumpattaville yksifotonisille lähteille, joita tarvitaan tulevissa kvanttisalauksen sovelluksissa”, prof. Zaumseil sanoo.

###

Tutkimukseen osallistuivat myös tutkijat Münchenin Ludwig Maximilian -yliopistosta ja Münchenin kvanttitieteen ja teknologian keskuksesta. Tulokset julkaistiin Nature Communications -lehdessä.

####

Saat lisätietoja napsauttamalla tätä

Yhteydet:
Professori tohtori Jana Zaumseil
49-622-154-5065

Jos sinulla on kommentteja, kiitos Ota yhteyttä meille.

Lehdistötiedotteiden liikkeeseenlaskijat, eivät 7th Wave, Inc. tai Nanotechnology Now, ovat yksin vastuussa sisällön oikeellisuudesta.

Kirjanmerkki: