Оптически активные дефекты улучшают углеродные нанотрубки: ученые из Гейдельберга добились контроля дефектов с помощью нового пути реакции

Переиздано Платоном

Читают: 0

Главная > Нажмите > Оптически активные дефекты улучшают углеродные нанотрубки: ученые Гейдельберга достигают контроля над дефектами с помощью нового пути реакции

Оптические свойства углеродных нанотрубок, представляющих собой свернутую гексагональную решетку атомов углерода sp2, можно улучшить за счет дефектов. Новый путь реакции позволяет избирательно создавать оптически активные sp3-дефекты. Они могут излучать одиночные фотоны в ближнем инфракрасном диапазоне даже при комнатной температуре. КРЕДИТ Саймон Сеттеле (Гейдельберг)

Абстрактные:
Свойства наноматериалов на основе углерода можно изменять и создавать путем преднамеренного введения определенных структурных «несовершенств» или дефектов. Однако задача состоит в том, чтобы контролировать количество и тип этих дефектов. В случае с углеродными нанотрубками – микроскопически маленькими трубчатыми соединениями, излучающими свет в ближнем инфракрасном диапазоне – химики и ученые-материаловеды из Гейдельбергского университета под руководством профессора доктора Яны Заумсейл продемонстрировали новый путь реакции, позволяющий контролировать такие дефекты. В результате возникают специфические оптически активные дефекты – так называемые sp3-дефекты, которые более люминесцентны и могут излучать одиночные фотоны, то есть частицы света. Эффективное излучение ближнего инфракрасного света важно для применения в телекоммуникациях и биологической визуализации.

Оптически активные дефекты улучшают углеродные нанотрубки: ученые из Гейдельберга достигли контроля над дефектами с помощью нового пути реакции

Гейдельберг, Германия | Опубликовано 9 апреля 2021 г.

Обычно дефектами считают что-то «плохое», что негативно влияет на свойства материала, делая его менее совершенным. Однако в некоторых наноматериалах, таких как углеродные нанотрубки, эти «несовершенства» могут привести к чему-то «хорошему» и обеспечить новые функциональные возможности. Здесь решающее значение имеет точный тип дефектов. Углеродные нанотрубки состоят из свернутых листов гексагональной решетки атомов углерода sp2, как они также встречаются в бензоле. Эти полые трубки имеют диаметр около одного нанометра и длину до нескольких микрометров.

Посредством определенных химических реакций несколько атомов углерода sp2 решетки могут быть превращены в углерод sp3, который также содержится в метане или алмазе. Это изменяет локальную электронную структуру углеродной нанотрубки и приводит к оптически активному дефекту. Эти дефекты sp3 излучают свет еще дальше в ближнем инфракрасном диапазоне и в целом более люминесцентны, чем нефункционализированные нанотрубки. Благодаря геометрии углеродных нанотрубок точное положение введенных атомов углерода sp3 определяет оптические свойства дефектов. «К сожалению, до сих пор было очень мало контроля над тем, какие дефекты образуются», — говорит Яна Заумсейл, профессор Института физической химии и член Центра перспективных материалов Гейдельбергского университета.

Гейдельбергский ученый и ее команда недавно продемонстрировали новый путь химической реакции, который позволяет контролировать дефекты и избирательно создавать только один конкретный тип sp3-дефекта. Эти оптически активные дефекты «лучше» любого из ранее введенных «несовершенств». Они не только более люминесцентны, но и демонстрируют однофотонную эмиссию при комнатной температуре, объясняет профессор Заумсейл. В этом процессе одновременно излучается только один фотон, что является необходимым условием для квантовой криптографии и высокозащищенной телекоммуникации.

По словам Саймона Сеттеле, аспиранта исследовательской группы профессора Заумзеля и первого автора статьи, сообщившей об этих результатах, этот новый метод функционализации – нуклеофильное присоединение – очень прост и не требует какого-либо специального оборудования. «Мы только начинаем изучать потенциальные возможности применения. Многие химические и фотофизические аспекты до сих пор неизвестны. Однако цель состоит в том, чтобы создать еще лучшие дефекты».

Это исследование является частью проекта «Трионы и sp3-дефекты в одностенных углеродных нанотрубках для оптоэлектроники» (TRIFECTs), возглавляемого профессором Заумсейлом и финансируемого грантом консолидатора ERC Европейского исследовательского совета (ERC). Его цель — понять и разработать электронные и оптические свойства дефектов в углеродных нанотрубках.

«Химические различия между этими дефектами невелики, и желаемая конфигурация связывания обычно образуется только в меньшинстве нанотрубок. Возможность производить большое количество нанотрубок с определенным дефектом и с контролируемой плотностью дефектов открывает путь для оптоэлектронных устройств, а также источников одиночных фотонов с электрической накачкой, которые необходимы для будущих приложений в квантовой криптографии», — говорит профессор Заумсейл.

###

В этом исследовании также участвовали ученые из Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана и Мюнхенского центра квантовой науки и технологий. Результаты были опубликованы в журнале Nature Communications.

####

Для получения дополнительной информации, пожалуйста, нажмите здесь

Контактная информация:
Проф. д-р Яна Заумсейл
49-622-154-5065

Авторские права © Гейдельбергский университет

Если у вас есть комментарий, пожалуйста Контакты нас.

Издатели новостных выпусков, а не 7th Wave, Inc. или Nanotechnology Now, несут единоличную ответственность за точность содержания.

Закладка: