Optično aktivne napake izboljšujejo ogljikove nanocevke: Heidelberški znanstveniki dosegli nadzor nad napakami z novo reakcijsko potjo

Ponovno objavil Platon

Spremljevalci: 0

Domov > Pritisnite > Optično aktivne napake izboljšujejo ogljikove nanocevke: heidelberški znanstveniki dosegajo nadzor nad napakami z novo reakcijsko potjo

Optične lastnosti ogljikovih nanocevk, ki so sestavljene iz zvite heksagonalne mreže sp2 ogljikovih atomov, je mogoče izboljšati z napakami. Nova reakcijska pot omogoča selektivno ustvarjanje optično aktivnih napak sp3. Ti lahko oddajajo posamezne fotone v bližnjem infrardečem sevanju tudi pri sobni temperaturi. KREDIT Simon Settele (Heidelberg)

Povzetek:
Lastnosti nanomaterialov na osnovi ogljika je mogoče spremeniti in oblikovati z namerno uvedbo določenih strukturnih "nepopolnosti" ali napak. Izziv pa je nadzorovati število in vrsto teh napak. V primeru ogljikovih nanocevk – mikroskopsko majhnih cevastih spojin, ki oddajajo svetlobo v bližnjem infrardečem sevanju – so kemiki in znanstveniki za materiale na univerzi v Heidelbergu pod vodstvom prof. dr. Posledica so specifične optično aktivne napake – tako imenovane napake sp3 –, ki so bolj luminiscentne in lahko oddajajo posamezne fotone, to je delce svetlobe. Učinkovito oddajanje bližnje infrardeče svetlobe je pomembno za aplikacije v telekomunikacijah in biološkem slikanju.

Optično aktivne napake izboljšujejo ogljikove nanocevke: heidelberški znanstveniki dosegajo nadzor napak z novo reakcijsko potjo

Heidelberg, Nemčija | Objavljeno 9. aprila 2021

Običajno se napake štejejo za nekaj "slabega", kar negativno vpliva na lastnosti materiala, zaradi česar je manj popoln. Vendar pa lahko v nekaterih nanomaterialih, kot so ogljikove nanocevke, te "nepopolnosti" povzročijo nekaj "dobrega" in omogočijo nove funkcionalnosti. Pri tem je ključna natančna vrsta napak. Ogljikove nanocevke so sestavljene iz zvitih listov heksagonalne mreže sp2 ogljikovih atomov, kot se pojavljajo tudi v benzenu. Te votle cevi imajo premer približno en nanometer in dolge do nekaj mikrometrov.

Z določenimi kemičnimi reakcijami se lahko nekaj atomov ogljika sp2 iz rešetke spremeni v ogljik sp3, ki ga najdemo tudi v metanu ali diamantu. To spremeni lokalno elektronsko strukturo ogljikove nanocevke in povzroči optično aktivno napako. Te napake sp3 oddajajo svetlobo še dlje v bližnjem infrardečem območju in so na splošno bolj luminiscenčne kot nanocevke, ki niso bile funkcionalizirane. Zaradi geometrije ogljikovih nanocevk natančen položaj vnesenih sp3 ogljikovih atomov določa optične lastnosti napak. "Na žalost je bilo doslej zelo malo nadzora nad tem, kakšne napake nastanejo," pravi Jana Zaumseil, profesorica na Inštitutu za fizikalno kemijo in članica Centra za napredne materiale na Univerzi v Heidelbergu.

Heidelberška znanstvenica in njena ekipa sta pred kratkim prikazali novo kemično reakcijsko pot, ki omogoča nadzor napak in selektivno ustvarjanje samo ene specifične vrste napake sp3. Te optično aktivne napake so "boljše" od katere koli od prej uvedenih "nepopolnosti". Ne samo, da so bolj luminiscentni, temveč kažejo tudi emisijo enega fotona pri sobni temperaturi, pojasnjuje prof. Zaumseil. Pri tem procesu se naenkrat oddaja samo en foton, kar je predpogoj za kvantno kriptografijo in visoko varno telekomunikacijo.

Po mnenju Simona Setteleja, doktorskega študenta v raziskovalni skupini prof. Zaumseila in prvega avtorja prispevka, ki poroča o teh rezultatih, je ta nova funkcionalizacijska metoda – nukleofilni dodatek – zelo preprosta in ne zahteva nobene posebne opreme. »Šele začenjamo raziskovati potencialne aplikacije. Mnogi kemijski in fotofizikalni vidiki so še vedno neznani. Vendar pa je cilj ustvariti še boljše napake.”

Ta raziskava je del projekta "Trioni in sp3-defekti v enostenskih ogljikovih nanocevkah za optoelektroniko" (TRIFECTs), ki ga vodi prof. Zaumseil in financira ERC Consolidator Grant Evropskega raziskovalnega sveta (ERC). Njegov cilj je razumeti in razviti elektronske in optične lastnosti napak v ogljikovih nanocevkah.

»Kemijske razlike med temi napakami so subtilne in želena konfiguracija vezave se običajno oblikuje le v manjšini nanocevk. Sposobnost izdelave velikega števila nanocevk s specifično napako in z nadzorovano gostoto napak utira pot optoelektronskim napravam in virom z enim fotonom z električnim črpanjem, ki so potrebni za prihodnje aplikacije v kvantni kriptografiji,« pravi prof. Zaumseil.

# # #

Pri tej raziskavi so sodelovali tudi znanstveniki z Univerze Ludwiga Maximiliana v Münchnu in Münchenskega centra za kvantno znanost in tehnologijo. Rezultati so bili objavljeni v reviji “Nature Communications”.

####

Za več informacij kliknite tukaj

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

Če imate komentar, prosim Kontakt nas.

Izdajalci novic, ne 7th Wave, Inc. ali Nanotechnology Now, so izključno odgovorni za točnost vsebine.

Zaznamek: