Defectele optic active îmbunătățesc nanotuburile de carbon: oamenii de știință de la Heidelberg obțin controlul defectelor printr-o nouă cale de reacție

Republicat de Platon

Urmaritori: 0

Acasă > Anunturi > Defectele optic active îmbunătățesc nanotuburile de carbon: oamenii de știință de la Heidelberg realizează controlul defectelor printr-o nouă cale de reacție

Proprietățile optice ale nanotuburilor de carbon, care constau dintr-o rețea hexagonală înfășurată de atomi de carbon sp2, pot fi îmbunătățite prin defecte. O nouă cale de reacție permite crearea selectivă a defectelor sp3 optic active. Acestea pot emite fotoni unici în infraroșu apropiat chiar și la temperatura camerei. CREDIT Simon Settele (Heidelberg)

Rezumat:
Proprietățile nanomaterialelor pe bază de carbon pot fi modificate și modificate prin introducerea deliberată a anumitor „imperfecțiuni” sau defecte structurale. Provocarea este însă să controlăm numărul și tipul acestor defecte. În cazul nanotuburilor de carbon – compuși tubulari mici din punct de vedere microscopic care emit lumină în infraroșu apropiat – chimiștii și oamenii de știință din materialele de la Universitatea Heidelberg conduși de prof. dr. Jana Zaumseil au demonstrat acum o nouă cale de reacție pentru a permite controlul defectelor. Rezultă defecte specifice optic active – așa-numitele defecte sp3 – care sunt mai luminiscente și pot emite fotoni unici, adică particule de lumină. Emisia eficientă de lumină în infraroșu apropiat este importantă pentru aplicațiile în telecomunicații și imagistica biologică.

Defectele optic active îmbunătățesc nanotuburile de carbon: oamenii de știință din Heidelberg realizează controlul defectelor cu o nouă cale de reacție

Heidelberg, Germania | Postat pe 9 aprilie 2021

De obicei, defectele sunt considerate ceva „rău” care afectează negativ proprietățile unui material, făcându-l mai puțin perfect. Cu toate acestea, în anumite nanomateriale, cum ar fi nanotuburile de carbon, aceste „imperfecțiuni” pot avea ca rezultat ceva „bun” și să permită noi funcționalități. Aici, tipul precis de defecte este crucial. Nanotuburile de carbon constau din foi rulate dintr-o rețea hexagonală de atomi de carbon sp2, așa cum apar și în benzen. Aceste tuburi goale au un diametru de aproximativ un nanometru și o lungime de până la câțiva micrometri.

Prin anumite reacții chimice, câțiva atomi de carbon sp2 ai rețelei pot fi transformați în carbon sp3, care se găsește și în metan sau diamant. Acest lucru modifică structura electronică locală a nanotubului de carbon și are ca rezultat un defect optic activ. Aceste defecte sp3 emit lumină și mai mult în infraroșu apropiat și sunt în general mai luminiscente decât nanotuburile care nu au fost funcționalizate. Datorită geometriei nanotuburilor de carbon, poziția precisă a atomilor de carbon sp3 introduși determină proprietățile optice ale defectelor. „Din păcate, până acum a existat foarte puțin control asupra defectelor care se formează”, spune Jana Zaumseil, care este profesor la Institutul de Chimie Fizică și membru al Centrului pentru Materiale Avansate de la Universitatea Heidelberg.

Omul de știință din Heidelberg și echipa ei au demonstrat recent o nouă cale de reacție chimică care permite controlul defectelor și crearea selectivă a unui singur tip specific de defect sp3. Aceste defecte optic active sunt „mai bune” decât oricare dintre „imperfecțiunile” introduse anterior. Nu numai că sunt mai luminiscente, dar prezintă și emisie de un singur foton la temperatura camerei, explică prof. Zaumseil. În acest proces, se emite un singur foton la un moment dat, ceea ce este o condiție prealabilă pentru criptografia cuantică și telecomunicațiile extrem de sigure.

Potrivit lui Simon Settele, doctorand în grupul de cercetare al Prof. Zaumseil și primul autor al lucrării care raportează aceste rezultate, această nouă metodă de funcționalizare – un adaos nucleofil – este foarte simplă și nu necesită nici un echipament special. „Abia acum începem să explorăm potențialele aplicații. Multe aspecte chimice și fotofizice sunt încă necunoscute. Totuși, scopul este de a crea defecte și mai bune.”

Această cercetare face parte din proiectul „Trions and sp3-Defects in Single-walled Carbon Nanotubes for Optoelectronics” (TRIFECTs), condus de prof. Zaumseil și finanțat de un ERC Consolidator Grant al Consiliului European de Cercetare (ERC). Scopul său este de a înțelege și de a proiecta proprietățile electronice și optice ale defectelor nanotuburilor de carbon.

Diferențele chimice dintre aceste defecte sunt subtile și configurația de legare dorită se formează de obicei doar într-o minoritate de nanotuburi. Capacitatea de a produce un număr mare de nanotuburi cu un defect specific și cu densități controlate de defect deschide calea pentru dispozitive optoelectronice, precum și surse de un singur foton pompate electric, care sunt necesare pentru aplicații viitoare în criptografia cuantică”, spune prof. Zaumseil.

# # #

De asemenea, în această cercetare au fost implicați și oameni de știință de la Universitatea Ludwig Maximilian din München și de la Centrul München pentru Știință și Tehnologie Cuantică. Rezultatele au fost publicate în revista „Nature Communications”.

####

Pentru mai multe informații, faceți clic pe aici

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

Drepturi de autor © Universitatea din Heidelberg

Dacă aveți un comentariu, vă rog Contact ne.

Emitenții de comunicate de știri, nu 7th Wave, Inc. sau Nanotechnology Now, sunt singuri responsabili pentru acuratețea conținutului.

Bookmark: