Optisk aktive defekter forbedrer karbonnanorør: Heidelberg-forskere oppnår defektkontroll med en ny reaksjonsvei

Publisert av Platon

Følgere: 0

Hjemprodukt > Press > Optisk aktive defekter forbedrer karbon-nanorør: Heidelberg-forskere oppnår defektkontroll med en ny reaksjonsvei

De optiske egenskapene til karbon-nanorør, som består av et sammenrullet sekskantet gitter av sp2-karbonatomer, kan forbedres gjennom defekter. En ny reaksjonsvei muliggjør selektiv dannelse av optisk aktive sp3-defekter. Disse kan sende ut enkeltfotoner i det nær-infrarøde selv ved romtemperatur. KREDITT Simon Settele (Heidelberg)

Abstrakt:
Egenskapene til karbonbaserte nanomaterialer kan endres og konstrueres gjennom bevisst innføring av visse strukturelle "ufullkommenheter" eller defekter. Utfordringen er imidlertid å kontrollere antallet og typen av disse defektene. Når det gjelder karbon-nanorør – mikroskopisk små rørformede forbindelser som sender ut lys i det nær-infrarøde – har kjemikere og materialforskere ved Heidelberg University ledet av prof. Dr. Jana Zaumseil nå demonstrert en ny reaksjonsvei for å muliggjøre slik defektkontroll. Det resulterer i spesifikke optisk aktive defekter – såkalte sp3-defekter – som er mer selvlysende og kan sende ut enkeltfotoner, det vil si lyspartikler. Effektiv emisjon av nær-infrarødt lys er viktig for applikasjoner innen telekommunikasjon og biologisk avbildning.

Optisk aktive feil forbedrer karbonnanorør: Heidelberg-forskere oppnår defektkontroll med en ny reaksjonsvei

Heidelberg, Tyskland | Lagt ut 9. april 2021

Vanligvis anses defekter som noe "dårlig" som negativt påvirker egenskapene til et materiale, noe som gjør det mindre perfekt. Men i visse nanomaterialer som karbon-nanorør kan disse "ufullkommenhetene" resultere i noe "bra" og muliggjøre nye funksjoner. Her er den nøyaktige typen defekter avgjørende. Karbonnanorør består av sammenrullede ark av et sekskantet gitter av sp2-karbonatomer, slik de også forekommer i benzen. Disse hule rørene er omtrent en nanometer i diameter og opptil flere mikrometer lange.

Gjennom visse kjemiske reaksjoner kan noen få sp2-karbonatomer i gitteret gjøres om til sp3-karbon, som også finnes i metan eller diamant. Dette endrer den lokale elektroniske strukturen til karbon-nanorøret og resulterer i en optisk aktiv defekt. Disse sp3-defektene sender ut lys enda lenger i det nær-infrarøde og er generelt mer selvlysende enn nanorør som ikke har blitt funksjonalisert. På grunn av geometrien til karbon-nanorør, bestemmer den nøyaktige posisjonen til de introduserte sp3-karbonatomene de optiske egenskapene til defektene. "Dessverre har det så langt vært veldig lite kontroll over hvilke defekter som dannes," sier Jana Zaumseil, som er professor ved Institutt for fysisk kjemi og medlem av Center for Advanced Materials ved Heidelberg University.

Heidelberg-forskeren og teamet hennes demonstrerte nylig en ny kjemisk reaksjonsvei som muliggjør defektkontroll og selektiv opprettelse av bare én spesifikk type sp3-defekt. Disse optisk aktive defektene er "bedre" enn noen av de tidligere introduserte "ufullkommenhetene". Ikke bare er de mer selvlysende, de viser også enkeltfotonutslipp ved romtemperatur, forklarer prof. Zaumseil. I denne prosessen sendes det bare ut ett foton om gangen, noe som er en forutsetning for kvantekryptografi og svært sikker telekommunikasjon.

I følge Simon Settele, doktorgradsstudent i Prof. Zaumseils forskningsgruppe og førsteforfatter på papiret som rapporterer disse resultatene, er denne nye funksjonaliseringsmetoden – en nukleofil tillegg – veldig enkel og krever ikke noe spesielt utstyr. "Vi har bare så vidt begynt å utforske potensielle bruksområder. Mange kjemiske og fotofysiske aspekter er fortsatt ukjente. Målet er imidlertid å skape enda bedre defekter.»

Denne forskningen er en del av prosjektet "Trions and sp3-Defects in Single-walled Carbon Nanotubes for Optoelectronics" (TRIFECTs), ledet av Prof. Zaumseil og finansiert av en ERC Consolidator Grant fra European Research Council (ERC). Målet er å forstå og konstruere de elektroniske og optiske egenskapene til defekter i karbon nanorør.

"De kjemiske forskjellene mellom disse defektene er subtile og den ønskede bindingskonfigurasjonen dannes vanligvis bare i et mindretall av nanorør. Å være i stand til å produsere et stort antall nanorør med en spesifikk defekt og med kontrollerte defekttettheter baner vei for optoelektroniske enheter så vel som elektrisk pumpede enkeltfotonkilder, som er nødvendige for fremtidige applikasjoner innen kvantekryptografi, sier prof. Zaumseil.

# # #

Også involvert i denne forskningen var forskere fra Ludwig Maximilian Universitetet i München og Münchensenteret for kvantevitenskap og teknologi. Resultatene ble publisert i tidsskriftet "Nature Communications".

####

For mer informasjon, klikk her.

Kontakter:
Prof. Dr Jana Zaumseil
49-622-154-5065

Hvis du har en kommentar, vær så snill Kontakt oss.

Utstedere av nyhetsutgivelser, ikke 7th Wave, Inc. eller Nanotechnology Now, er alene ansvarlig for nøyaktigheten av innholdet.

Bokmerke: