Optiskt aktiva defekter förbättrar kolnanorör: Heidelbergs forskare uppnår defektkontroll med en ny reaktionsväg

Återutgiven av Platon

anhängare: 0

Hem > Presse > Optiskt aktiva defekter förbättrar kolnanorör: Heidelbergs forskare uppnår defektkontroll med en ny reaktionsväg

De optiska egenskaperna hos kolnanorör, som består av ett ihoprullat hexagonalt gitter av sp2-kolatomer, kan förbättras genom defekter. En ny reaktionsväg möjliggör selektivt skapande av optiskt aktiva sp3-defekter. Dessa kan avge enstaka fotoner i det nära-infraröda även vid rumstemperatur. KREDIT Simon Settele (Heidelberg)

Sammanfattning:
Egenskaperna hos kolbaserade nanomaterial kan förändras och konstrueras genom det avsiktliga införandet av vissa strukturella "imperfektioner" eller defekter. Utmaningen är dock att kontrollera antalet och typen av dessa defekter. När det gäller kolnanorör – mikroskopiskt små rörformiga föreningar som avger ljus i det nära-infraröda – har kemister och materialvetare vid Heidelbergs universitet under ledning av prof. Dr Jana Zaumseil nu visat en ny reaktionsväg för att möjliggöra sådan defektkontroll. Det resulterar i specifika optiskt aktiva defekter – så kallade sp3-defekter – som är mer självlysande och kan avge enstaka fotoner, det vill säga ljuspartiklar. Den effektiva emissionen av nära-infrarött ljus är viktig för tillämpningar inom telekommunikation och biologisk avbildning.

Optiskt aktiva defekter förbättrar kolnanorör: Heidelbergs forskare uppnår defektkontroll med en ny reaktionsväg

Heidelberg, Tyskland | Postat den 9 april 2021

Vanligtvis anses defekter vara något "dåligt" som negativt påverkar egenskaperna hos ett material, vilket gör det mindre perfekt. Men i vissa nanomaterial som kolnanorör kan dessa "imperfektioner" resultera i något "bra" och möjliggöra nya funktioner. Här är den exakta typen av defekter avgörande. Kolnanorör består av upprullade ark av ett hexagonalt gitter av sp2-kolatomer, eftersom de även förekommer i bensen. Dessa ihåliga rör är ungefär en nanometer i diameter och upp till flera mikrometer långa.

Genom vissa kemiska reaktioner kan några sp2-kolatomer i gittret omvandlas till sp3-kol, som också finns i metan eller diamant. Detta förändrar den lokala elektroniska strukturen hos kolnanoröret och resulterar i en optiskt aktiv defekt. Dessa sp3-defekter avger ljus ännu längre i det nära-infraröda och är överlag mer självlysande än nanorör som inte har funktionaliserats. På grund av kolnanorörens geometri bestämmer den exakta positionen för de introducerade sp3-kolatomerna de optiska egenskaperna hos defekterna. "Tyvärr har det hittills varit väldigt lite kontroll över vilka defekter som bildas", säger Jana Zaumseil, som är professor vid Institutet för Fysikalisk Kemi och medlem av Centrum för avancerade material vid Heidelbergs universitet.

Heidelberg-forskaren och hennes team demonstrerade nyligen en ny kemisk reaktionsväg som möjliggör defektkontroll och selektivt skapande av endast en specifik typ av sp3-defekt. Dessa optiskt aktiva defekter är "bättre" än någon av de tidigare introducerade "defekterna". De är inte bara mer självlysande, de visar också en-fotonemission vid rumstemperatur, förklarar Prof. Zaumseil. I denna process emitteras endast en foton åt gången, vilket är en förutsättning för kvantkryptografi och mycket säker telekommunikation.

Enligt Simon Settele, doktorand i Prof. Zaumseils forskargrupp och den första författaren på tidningen som rapporterar dessa resultat, är denna nya funktionaliseringsmetod – en nukleofil addition – mycket enkel och kräver ingen speciell utrustning. "Vi har bara börjat utforska de potentiella tillämpningarna. Många kemiska och fotofysiska aspekter är fortfarande okända. Men målet är att skapa ännu bättre defekter.”

Denna forskning är en del av projektet "Trions and sp3-Defects in Single-walled Carbon Nanotubes for Optoelectronics" (TRIFECTs), ledd av Prof. Zaumseil och finansierat av ett ERC Consolidator Grant från European Research Council (ERC). Dess mål är att förstå och konstruera de elektroniska och optiska egenskaperna hos defekter i kolnanorör.

"De kemiska skillnaderna mellan dessa defekter är subtila och den önskade bindningskonfigurationen bildas vanligtvis bara i en minoritet av nanorör. Att kunna producera ett stort antal nanorör med en specifik defekt och med kontrollerade defektdensiteter banar väg för optoelektroniska enheter såväl som elektriskt pumpade enfotonkällor, som behövs för framtida tillämpningar inom kvantkryptografi, säger Prof. Zaumseil.

# # #

Inblandade i denna forskning var också forskare från Ludwig Maximilian University of München och Münchens centrum för kvantvetenskap och teknologi. Resultaten publicerades i tidskriften "Nature Communications".

####

För mer information, klicka på här.

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

Om du har en kommentar, snälla Kontakta Oss oss.

Emittenter av nyhetsmeddelanden, inte 7th Wave, Inc. eller Nanotechnology Now, är ensamma ansvariga för innehållets noggrannhet.

Bokmärke: