Optycznie aktywne defekty udoskonalają nanorurki węglowe: naukowcy z Heidelbergu osiągają kontrolę defektów dzięki nowej ścieżce reakcji

Opublikowane ponownie przez Plato

Obserwuje: 0

Strona główna > Naciśnij przycisk > Optycznie aktywne defekty ulepszają nanorurki węglowe: naukowcy z Heidelberga osiągają kontrolę defektów dzięki nowej ścieżce reakcji

Właściwości optyczne nanorurek węglowych, które składają się ze zwiniętej heksagonalnej sieci atomów węgla sp2, można poprawić poprzez defekty. Nowy szlak reakcji umożliwia selektywne tworzenie optycznie aktywnych defektów sp3. Mogą one emitować pojedyncze fotony w bliskiej podczerwieni, nawet w temperaturze pokojowej. KREDYT Simon Settele (Heidelberg)

Abstrakcyjny:
Właściwości nanomateriałów na bazie węgla można zmieniać i modyfikować poprzez celowe wprowadzenie pewnych strukturalnych „niedoskonałości” lub defektów. Wyzwaniem jest jednak kontrolowanie liczby i rodzaju tych defektów. W przypadku nanorurek węglowych - mikroskopijnie małych związków rurkowych, które emitują światło w bliskiej podczerwieni - chemicy i materiałoznawcy z Uniwersytetu w Heidelbergu pod kierownictwem prof. Dr Jana Zaumseila zademonstrowali teraz nową ścieżkę reakcji umożliwiającą taką kontrolę defektów. Powoduje to określone defekty optycznie czynne - tzw. Defekty sp3 - które są bardziej luminescencyjne i mogą emitować pojedyncze fotony, czyli cząsteczki światła. Wydajna emisja światła bliskiej podczerwieni jest ważna w zastosowaniach telekomunikacyjnych i obrazowaniu biologicznym.

Optycznie aktywne defekty poprawiają nanorurki węglowe: naukowcy z Heidelbergu osiągają kontrolę defektów dzięki nowej ścieżce reakcji

Heidelberg, Niemcy | Opublikowano 9 kwietnia 2021 r

Zwykle wady uważa się za coś „złego”, co negatywnie wpływa na właściwości materiału, czyniąc go mniej doskonałym. Jednak w niektórych nanomateriałach, takich jak nanorurki węglowe, te „niedoskonałości” mogą skutkować czymś „dobrym” i umożliwić nowe funkcje. W tym przypadku kluczowy jest dokładny rodzaj defektów. Nanorurki węglowe składają się ze zwiniętych arkuszy sześciokątnej sieci atomów węgla sp2, tak jak występują one również w benzenie. Te puste rurki mają średnicę około jednego nanometra i długość do kilku mikrometrów.

Dzięki pewnym reakcjom chemicznym kilka atomów węgla sp2 w sieci może zostać przekształconych w węgiel sp3, który znajduje się również w metanie lub diamencie. Zmienia to lokalną strukturę elektronową nanorurki węglowej i skutkuje optycznie aktywną defektem. Te defekty sp3 emitują światło jeszcze dalej w bliskiej podczerwieni i ogólnie są bardziej luminescencyjne niż nanorurki, które nie zostały sfunkcjonalizowane. Ze względu na geometrię nanorurek węglowych o właściwościach optycznych defektów decyduje dokładne położenie wprowadzonych atomów węgla sp3. „Niestety, jak dotąd kontrola nad powstawaniem defektów była bardzo niewielka” - mówi Jana Zaumseil, profesor w Instytucie Chemii Fizycznej i członek Centrum Zaawansowanych Materiałów na Uniwersytecie w Heidelbergu.

Naukowiec z Heidelbergu i jej zespół niedawno zademonstrowali nową ścieżkę reakcji chemicznej, która umożliwia kontrolę defektów i selektywne tworzenie tylko jednego określonego typu defektu sp3. Te optycznie czynne defekty są „lepsze” niż którekolwiek z wcześniej wprowadzonych „niedoskonałości”. Są nie tylko bardziej luminescencyjne, ale także emitują pojedyncze fotony w temperaturze pokojowej, wyjaśnia prof. Zaumseil. W tym procesie na raz emitowany jest tylko jeden foton, co jest warunkiem wstępnym kryptografii kwantowej i wysoce bezpiecznej telekomunikacji.

Według Simona Settele, doktoranta z grupy badawczej prof. Zaumseila i pierwszego autora artykułu, który przedstawia te wyniki, ta nowa metoda funkcjonalizacji - dodatek nukleofilowy - jest bardzo prosta i nie wymaga żadnego specjalnego sprzętu. „Dopiero zaczynamy badać potencjalne zastosowania. Wiele aspektów chemicznych i fotofizycznych jest nadal nieznanych. Jednak celem jest tworzenie jeszcze lepszych defektów ”.

Badania te są częścią projektu „Trions and sp3-Defects in Single-Walled Carbon Nanotubes for Optoelectronics” (TRIFECTs), kierowanego przez prof. Zaumseila i finansowanego z grantu ERC Consolidator Grant Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERC). Jego celem jest poznanie i zaprojektowanie elektronicznych i optycznych właściwości defektów nanorurek węglowych.

„Różnice chemiczne między tymi defektami są subtelne, a pożądana konfiguracja wiązania jest zwykle tworzona tylko w mniejszości nanorurek. Możliwość wyprodukowania dużej liczby nanorurek z określoną wadą i kontrolowaną gęstością defektów toruje drogę dla urządzeń optoelektronicznych, a także elektrycznie pompowanych źródeł pojedynczych fotonów, które są potrzebne do przyszłych zastosowań w kryptografii kwantowej ”- mówi prof. Zaumseil.

# # #

W badaniach uczestniczyli również naukowcy z Uniwersytetu Ludwiga Maksymiliana w Monachium oraz Centrum Nauki i Technologii Kwantowej w Monachium. Wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie „Nature Communications”.

####

Aby uzyskać więcej informacji, kliknij tutaj

Łączność:
prof. dr Jana Zaumseil
49-622-154-5065

Prawa autorskie © Uniwersytet w Heidelbergu

Jeśli masz komentarz, proszę Kontakt my.

Wydawcy komunikatów prasowych, a nie 7th Wave, Inc. lub Nanotechnology Now, ponoszą wyłączną odpowiedzialność za dokładność treści.

Zakładka: