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

Diterbitkan Ulang Oleh Plato

Followers: 0

Beranda > Tekan > Cacat yang aktif secara optik memperbaiki tabung nano karbon: Para ilmuwan Heidelberg mencapai pengendalian cacat dengan jalur reaksi baru

Sifat optik tabung nano karbon, yang terdiri dari kisi heksagonal atom karbon sp2 yang digulung, dapat ditingkatkan melalui cacat. Jalur reaksi baru memungkinkan terciptanya cacat sp3 yang aktif secara optik secara selektif. Ini dapat memancarkan foton tunggal dalam inframerah dekat bahkan pada suhu kamar. KREDIT Simon Settele (Heidelberg)

Abstrak:
Sifat-sifat bahan nano berbasis karbon dapat diubah dan direkayasa melalui pengenalan “ketidaksempurnaan” atau cacat struktural tertentu secara sengaja. Namun tantangannya adalah mengendalikan jumlah dan jenis cacat ini. Dalam kasus tabung nano karbon – senyawa tubular kecil secara mikroskopis yang memancarkan cahaya dalam inframerah dekat – ahli kimia dan ilmuwan material di Universitas Heidelberg yang dipimpin oleh Prof. Dr Jana Zaumseil kini telah menunjukkan jalur reaksi baru yang memungkinkan pengendalian cacat tersebut. Hal ini menghasilkan cacat optik aktif tertentu – yang disebut cacat sp3 – yang lebih bercahaya dan dapat memancarkan foton tunggal, yaitu partikel cahaya. Emisi cahaya inframerah-dekat yang efisien penting untuk aplikasi telekomunikasi dan pencitraan biologis.

Cacat optik aktif memperbaiki tabung nano karbon: Ilmuwan Heidelberg mencapai pengendalian cacat dengan jalur reaksi baru

Heidelberg, Jerman | Diposting pada 9 April 2021

Biasanya cacat dianggap sebagai sesuatu yang “buruk” yang berdampak buruk pada sifat suatu bahan sehingga menjadi kurang sempurna. Namun, pada bahan nano tertentu seperti tabung nano karbon, “ketidaksempurnaan” ini dapat menghasilkan sesuatu yang “baik” dan memungkinkan fungsi baru. Di sini, jenis cacat yang tepat sangatlah penting. Tabung nano karbon terdiri dari lembaran-lembaran kisi heksagonal atom karbon sp2 yang digulung, seperti yang juga terdapat pada benzena. Tabung berongga ini berdiameter sekitar satu nanometer dan panjang hingga beberapa mikrometer.

Melalui reaksi kimia tertentu, beberapa atom karbon sp2 dalam kisi dapat diubah menjadi karbon sp3, yang juga ditemukan dalam metana atau intan. Hal ini mengubah struktur elektronik lokal dari karbon nanotube dan menghasilkan cacat optik aktif. Cacat sp3 ini memancarkan cahaya lebih jauh dalam inframerah-dekat dan secara keseluruhan lebih bercahaya dibandingkan nanotube yang belum difungsikan. Karena geometri tabung nano karbon, posisi tepat atom karbon sp3 yang dimasukkan menentukan sifat optik dari cacat. “Sayangnya, sejauh ini hanya ada sedikit kendali atas cacat yang terbentuk,” kata Jana Zaumseil, profesor di Institut Kimia Fisika dan anggota Pusat Material Lanjutan di Universitas Heidelberg.

Ilmuwan Heidelberg dan timnya baru-baru ini mendemonstrasikan jalur reaksi kimia baru yang memungkinkan pengendalian cacat dan penciptaan selektif hanya satu jenis cacat sp3 tertentu. Cacat yang aktif secara optik ini “lebih baik” daripada “ketidaksempurnaan” yang diperkenalkan sebelumnya. Tidak hanya lebih bercahaya, mereka juga menunjukkan emisi foton tunggal pada suhu kamar, jelas Prof. Zaumseil. Dalam proses ini, hanya satu foton yang dipancarkan dalam satu waktu, yang merupakan prasyarat untuk kriptografi kuantum dan telekomunikasi yang sangat aman.

Menurut Simon Settele, seorang mahasiswa doktoral di kelompok penelitian Prof. Zaumseil dan penulis pertama makalah yang melaporkan hasil ini, metode fungsionalisasi baru ini – penambahan nukleofilik – sangat sederhana dan tidak memerlukan peralatan khusus. “Kami baru mulai mengeksplorasi potensi penerapannya. Banyak aspek kimia dan fotofisika yang masih belum diketahui. Namun, tujuannya adalah untuk menciptakan cacat yang lebih baik lagi.”

Penelitian ini adalah bagian dari proyek “Trion dan sp3-Defects in Single-walled Carbon Nanotubes for Optoelectronics” (TRIFECTs), dipimpin oleh Prof. Zaumseil dan didanai oleh Hibah Konsolidator ERC dari Dewan Riset Eropa (ERC). Tujuannya adalah untuk memahami dan merekayasa sifat elektronik dan optik dari cacat pada tabung nano karbon.

“Perbedaan kimia antara cacat ini tidak kentara dan konfigurasi pengikatan yang diinginkan biasanya hanya terbentuk pada sebagian kecil nanotube. Mampu memproduksi nanotube dalam jumlah besar dengan cacat spesifik dan kepadatan cacat terkontrol membuka jalan bagi perangkat optoelektronik serta sumber foton tunggal yang dipompa secara elektrik, yang diperlukan untuk aplikasi kriptografi kuantum di masa depan,” kata Prof. Zaumseil.

# # #

Turut terlibat dalam penelitian ini adalah para ilmuwan dari Universitas Ludwig Maximilian Munich dan Pusat Sains dan Teknologi Quantum Munich. Hasilnya dipublikasikan di jurnal “Nature Communications”.

####

Untuk informasi lebih lanjut, silakan klik di sini

Kontak:
Prof Dr Jana Zaumseil
+49 622 154

Hak Cipta © Universitas Heidelberg

Jika Anda punya komentar, silakan Kontak kita.

Penerbit rilis berita, bukan 7th Wave, Inc. atau Nanotechnology Now, semata-mata bertanggung jawab atas keakuratan konten.

Bookmark: