Optically Active Defects Improve Carbon Nanotubes: Heidelberg Scientists Achieve Defect Control With A New Reaction Pathway

เผยแพร่ซ้ำโดยเพลโต

ผู้ติดตาม: 0

หน้าแรก > ข่าวประชา > ข้อบกพร่องที่ใช้งานทางแสงช่วยปรับปรุงท่อนาโนคาร์บอน: นักวิทยาศาสตร์ของไฮเดลเบิร์กบรรลุการควบคุมข้อบกพร่องด้วยวิถีปฏิกิริยาใหม่

คุณสมบัติทางแสงของท่อนาโนคาร์บอน ซึ่งประกอบด้วยตาข่ายหกเหลี่ยมที่ม้วนขึ้นของอะตอมคาร์บอน sp2 สามารถปรับปรุงได้ผ่านข้อบกพร่อง วิถีปฏิกิริยาใหม่ช่วยให้สามารถเลือกสร้างข้อบกพร่อง sp3 ที่แอ็คทีฟเชิงแสงได้ สิ่งเหล่านี้สามารถปล่อยโฟตอนเดี่ยวในอินฟราเรดใกล้แม้ที่อุณหภูมิห้อง เครดิต ไซม่อน เซ็ตเตเล่ (ไฮเดลเบิร์ก)

นามธรรม:
คุณสมบัติของวัสดุนาโนที่มีคาร์บอนเป็นส่วนประกอบสามารถเปลี่ยนแปลงและออกแบบได้โดยการแนะนำ "ความไม่สมบูรณ์" หรือข้อบกพร่องของโครงสร้างบางอย่างโดยเจตนา อย่างไรก็ตาม ความท้าทายคือการควบคุมจำนวนและประเภทของข้อบกพร่องเหล่านี้ ในกรณีของท่อนาโนคาร์บอน - สารประกอบท่อขนาดเล็กที่มีกล้องจุลทรรศน์ซึ่งปล่อยแสงในนักเคมีและนักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุใกล้อินฟราเรดที่มหาวิทยาลัยไฮเดลเบิร์กซึ่งนำโดยศ. ดร. จาน่า ซัมไซล์ ได้แสดงให้เห็นถึงวิถีปฏิกิริยาใหม่เพื่อให้สามารถควบคุมข้อบกพร่องดังกล่าวได้ ส่งผลให้เกิดข้อบกพร่องเฉพาะที่แอ็คทีฟแอ็กทีฟ - เรียกว่า sp3 บกพร่อง - ซึ่งมีการเรืองแสงมากกว่าและสามารถปล่อยโฟตอนเดี่ยวซึ่งก็คืออนุภาคของแสง การปล่อยแสงอินฟราเรดใกล้อย่างมีประสิทธิภาพเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการใช้งานในการสื่อสารโทรคมนาคมและการถ่ายภาพทางชีวภาพ

ข้อบกพร่องที่ใช้งานทางสายตาช่วยปรับปรุงท่อนาโนคาร์บอน: นักวิทยาศาสตร์ของไฮเดลเบิร์กบรรลุการควบคุมข้อบกพร่องด้วยวิถีการทำปฏิกิริยาใหม่

ไฮเดลเบิร์ก, เยอรมนี | โพสต์เมื่อ 9 เมษายน 2021

โดยปกติข้อบกพร่องถือเป็นสิ่งที่ "ไม่ดี" ที่ส่งผลเสียต่อคุณสมบัติของวัสดุ ทำให้มีความสมบูรณ์แบบน้อยลง อย่างไรก็ตาม ในวัสดุนาโนบางชนิด เช่น ท่อนาโนคาร์บอน "ความไม่สมบูรณ์" เหล่านี้อาจส่งผลให้เกิดบางสิ่งที่ "ดี" และทำให้เกิดฟังก์ชันใหม่ๆ ประเภทของข้อบกพร่องที่แม่นยำเป็นสิ่งสำคัญ ท่อนาโนคาร์บอนประกอบด้วยแผ่นรีดขึ้นของโครงตาข่ายหกเหลี่ยมของอะตอมคาร์บอน sp2 เนื่องจากเกิดขึ้นในน้ำมันเบนซินเช่นกัน ท่อกลวงเหล่านี้มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณหนึ่งนาโนเมตรและยาวได้ถึงหลายไมโครเมตร

ด้วยปฏิกิริยาเคมีบางอะตอมของคาร์บอน sp2 ของโครงตาข่ายสามารถเปลี่ยนเป็นคาร์บอน sp3 ซึ่งพบได้ในมีเทนหรือเพชรเช่นกัน สิ่งนี้จะเปลี่ยนโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ในท้องถิ่นของท่อนาโนคาร์บอนและส่งผลให้เกิดข้อบกพร่องที่ใช้งานได้ทางแสง ข้อบกพร่อง sp3 เหล่านี้ปล่อยแสงเพิ่มเติมในอินฟราเรดใกล้และโดยรวมแล้วเรืองแสงมากกว่านาโนทิวบ์ที่ยังไม่ได้ทำงาน เนื่องจากรูปทรงของท่อนาโนคาร์บอน ตำแหน่งที่แม่นยำของอะตอมของคาร์บอน sp3 ที่แนะนำเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติทางแสงของข้อบกพร่อง Jana Zaumseil ซึ่งเป็นศาสตราจารย์ที่สถาบันฟิสิกส์เคมีและสมาชิกศูนย์วัสดุขั้นสูงแห่งมหาวิทยาลัยไฮเดลเบิร์กกล่าวว่า "น่าเสียดายที่จนถึงขณะนี้ยังควบคุมข้อบกพร่องที่เกิดขึ้นได้น้อยมาก"

นักวิทยาศาสตร์ของไฮเดลเบิร์กและทีมของเธอได้สาธิตวิถีปฏิกิริยาเคมีแบบใหม่ที่ช่วยให้สามารถควบคุมข้อบกพร่องและการเลือกสร้างข้อบกพร่อง sp3 เฉพาะประเภทเดียวเท่านั้น ข้อบกพร่องที่ใช้งานได้ทางแสงเหล่านี้ "ดีกว่า" กว่า "ความไม่สมบูรณ์" ที่นำมาใช้ก่อนหน้านี้ ศ. Zaumseil อธิบาย ไม่เพียงแต่จะเรืองแสงได้เท่านั้น แต่ยังแสดงการปล่อยโฟตอนเดียวที่อุณหภูมิห้อง ในขั้นตอนนี้ จะมีการปล่อยโฟตอนเพียงครั้งละเดียวเท่านั้น ซึ่งเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการเข้ารหัสควอนตัมและการสื่อสารโทรคมนาคมที่มีความปลอดภัยสูง

Simon Settele นักศึกษาปริญญาเอกในกลุ่มวิจัยของ Prof. Zaumseil และผู้เขียนคนแรกของบทความที่รายงานผลลัพธ์เหล่านี้ วิธีการทำงานของฟังก์ชันใหม่นี้ – การเติมนิวคลีโอฟิลิก – ทำได้ง่ายมากและไม่ต้องใช้อุปกรณ์พิเศษใดๆ “เราเพิ่งเริ่มสำรวจการใช้งานที่เป็นไปได้ ยังไม่ทราบลักษณะทางเคมีและโฟโตฟิสิกส์หลายอย่าง อย่างไรก็ตาม เป้าหมายคือการสร้างข้อบกพร่องให้ดียิ่งขึ้นไปอีก”

งานวิจัยนี้เป็นส่วนหนึ่งของโครงการ “Trions and sp3-Defects in Single-walled Carbon Nanotubes for Optoelectronics” (TRIFECTs) นำโดย Prof. Zaumseil และได้รับทุนจาก ERC Consolidator Grant ของ European Research Council (ERC) เป้าหมายคือการทำความเข้าใจและออกแบบคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์และทางแสงของข้อบกพร่องในท่อนาโนคาร์บอน

"ความแตกต่างทางเคมีระหว่างข้อบกพร่องเหล่านี้มีความละเอียดอ่อนและการกำหนดค่าการผูกมัดที่ต้องการมักเกิดขึ้นเฉพาะในท่อนาโนส่วนน้อยเท่านั้น ความสามารถในการผลิตท่อนาโนจำนวนมากที่มีข้อบกพร่องเฉพาะและความหนาแน่นของข้อบกพร่องที่ควบคุมได้เป็นการปูทางสำหรับอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์รวมถึงแหล่งโฟตอนเดี่ยวที่สูบด้วยไฟฟ้าซึ่งจำเป็นสำหรับการใช้งานในอนาคตในการเข้ารหัสควอนตัม” ศาสตราจารย์ Zaumseil กล่าว

# # #

นักวิทยาศาสตร์จาก Ludwig Maximilian University of Munich และศูนย์วิทยาศาสตร์ควอนตัมแห่งมิวนิกยังมีส่วนร่วมในการวิจัยครั้งนี้อีกด้วย ผลลัพธ์ถูกตีพิมพ์ในวารสาร Nature Communications

####

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมกรุณาคลิก โปรดคลิกที่นี่เพื่ออ่านรายละเอียดเพิ่มเติม

ติดต่อ:
ศ.ดร.จานา ซัมไซ
49-622-154-5065

ลิขสิทธิ์ © มหาวิทยาลัยไฮเดลเบิร์ก

หากคุณมีความคิดเห็นโปรด ติดต่อ เรา

ผู้ออกข่าวประชาสัมพันธ์ไม่ใช่ 7th Wave, Inc. หรือ Nanotechnology Now มีหน้าที่รับผิดชอบต่อความถูกต้องของเนื้อหา แต่เพียงผู้เดียว

บุ๊คมาร์ค: