Khiếm khuyết hoạt động quang học Cải thiện ống nano carbon: Các nhà khoa học Heidelberg đạt được khả năng kiểm soát khiếm khuyết bằng một lộ trình phản ứng mới

Được xuất bản lại bởi Plato

Người theo dõi: 0

Trang Chủ > Ấn Bản > Các khuyết tật hoạt động quang học cải thiện các ống nano carbon: Các nhà khoa học của Heidelberg đã kiểm soát được khuyết tật bằng một lộ trình phản ứng mới

Tính chất quang học của các ống nano cacbon, bao gồm một mạng lục giác cuộn lại của các nguyên tử cacbon sp2, có thể được cải thiện thông qua các khuyết tật. Một lộ trình phản ứng mới cho phép tạo ra có chọn lọc các khuyết tật sp3 hoạt động quang học. Chúng có thể phát ra các photon đơn lẻ ở vùng cận hồng ngoại ngay cả ở nhiệt độ phòng. TÍN DỤNG Simon Settele (Heidelberg)

Tóm tắt:
Các đặc tính của vật liệu nano dựa trên carbon có thể được thay đổi và thiết kế thông qua việc cố tình tạo ra một số “điểm không hoàn hảo” hoặc khiếm khuyết về cấu trúc. Tuy nhiên, thách thức là kiểm soát số lượng và loại lỗi này. Trong trường hợp ống nano carbon – các hợp chất dạng ống cực nhỏ phát ra ánh sáng ở vùng cận hồng ngoại – các nhà hóa học và nhà khoa học vật liệu tại Đại học Heidelberg do Giáo sư Tiến sĩ Jana Zaumseil dẫn đầu hiện đã chứng minh được một lộ trình phản ứng mới cho phép kiểm soát khuyết tật như vậy. Nó gây ra những khuyết tật hoạt động quang học cụ thể – gọi là khuyết tật sp3 – phát quang mạnh hơn và có thể phát ra các photon đơn lẻ, tức là các hạt ánh sáng. Sự phát xạ hiệu quả của ánh sáng cận hồng ngoại rất quan trọng đối với các ứng dụng trong hình ảnh viễn thông và sinh học.

Các khuyết tật hoạt động quang học cải thiện ống nano carbon: Các nhà khoa học của Heidelberg đạt được khả năng kiểm soát khuyết tật với một con đường phản ứng mới

Heidelberg, Đức | Đăng vào ngày 9 tháng 2021 năm XNUMX

Thông thường, các khuyết tật được coi là thứ gì đó “xấu” ảnh hưởng tiêu cực đến tính chất của vật liệu, khiến nó kém hoàn hảo hơn. Tuy nhiên, trong một số vật liệu nano nhất định như ống nano carbon, những “điểm không hoàn hảo” này có thể mang lại kết quả “tốt” và tạo ra các chức năng mới. Ở đây, loại khuyết tật chính xác là rất quan trọng. Các ống nano carbon bao gồm các tấm cuộn lại của một mạng lục giác gồm các nguyên tử carbon sp2, vì chúng cũng có trong benzen. Những ống rỗng này có đường kính khoảng một nanomet và dài tới vài micromet.

Thông qua một số phản ứng hóa học nhất định, một số nguyên tử carbon sp2 của mạng có thể biến thành carbon sp3, chất này cũng được tìm thấy trong metan hoặc kim cương. Điều này làm thay đổi cấu trúc điện tử cục bộ của ống nano carbon và dẫn đến khiếm khuyết hoạt động quang học. Những khiếm khuyết sp3 này thậm chí còn phát ra ánh sáng xa hơn ở vùng cận hồng ngoại và nhìn chung có khả năng phát quang cao hơn so với các ống nano chưa được chức năng hóa. Do hình dạng của ống nano carbon, vị trí chính xác của các nguyên tử carbon sp3 được đưa vào sẽ xác định tính chất quang học của các khuyết tật. Jana Zaumseil, giáo sư tại Viện Hóa học Vật lý và là thành viên của Trung tâm Vật liệu Tiên tiến tại Đại học Heidelberg, cho biết: “Thật không may, cho đến nay có rất ít sự kiểm soát đối với những khiếm khuyết được hình thành”.

Nhà khoa học Heidelberg và nhóm của cô gần đây đã trình diễn một lộ trình phản ứng hóa học mới cho phép kiểm soát khuyết tật và tạo ra có chọn lọc chỉ một loại khuyết tật sp3 cụ thể. Những khiếm khuyết hoạt động về mặt quang học này “tốt hơn” so với bất kỳ “khuyết điểm không hoàn hảo” nào được giới thiệu trước đó. Giáo sư Zaumseil giải thích, chúng không chỉ phát quang nhiều hơn mà còn thể hiện sự phát xạ đơn photon ở nhiệt độ phòng. Trong quá trình này, mỗi lần chỉ có một photon được phát ra, đây là điều kiện tiên quyết cho mật mã lượng tử và viễn thông có độ an toàn cao.

Theo Simon Settele, một nghiên cứu sinh tiến sĩ trong nhóm nghiên cứu của Giáo sư Zaumseil và là tác giả đầu tiên của bài báo báo cáo những kết quả này, phương pháp chức năng hóa mới này – một phương pháp bổ sung ái nhân – rất đơn giản và không cần bất kỳ thiết bị đặc biệt nào. “Chúng tôi chỉ mới bắt đầu khám phá những ứng dụng tiềm năng. Nhiều khía cạnh hóa học và quang lý vẫn chưa được biết đến. Tuy nhiên, mục tiêu là tạo ra những khiếm khuyết tốt hơn nữa.”

Nghiên cứu này là một phần của dự án “Khiếm khuyết Trions và sp3 trong Ống nano cacbon đơn vách cho quang điện tử” (TRIFECT), do Giáo sư Zaumseil chủ trì và được tài trợ bởi Quỹ tài trợ hợp nhất ERC của Hội đồng nghiên cứu châu Âu (ERC). Mục tiêu của nó là tìm hiểu và thiết kế các đặc tính quang học và điện tử của các khuyết tật trong ống nano cacbon.

“Sự khác biệt về mặt hóa học giữa những khiếm khuyết này rất nhỏ và cấu hình liên kết mong muốn thường chỉ được hình thành ở một số ít ống nano. Việc có thể sản xuất số lượng lớn ống nano với một khiếm khuyết cụ thể và với mật độ khiếm khuyết được kiểm soát sẽ mở đường cho các thiết bị quang điện tử cũng như các nguồn photon đơn được bơm điện, cần thiết cho các ứng dụng trong tương lai trong mật mã lượng tử,” Giáo sư Zaumseil nói.

# # #

Tham gia vào nghiên cứu này còn có các nhà khoa học từ Đại học Ludwig Maximilian của Munich và Trung tâm Khoa học và Công nghệ Lượng tử Munich. Kết quả được công bố trên tạp chí “Nature Communications”.

####

Để biết thêm thông tin, xin vui lòng bấm vào tại đây

Liên hệ:
GS.TS Jana Zaumseil
49-622-154-5065

Nếu bạn có một bình luận, xin vui lòng Liên hệ chúng tôi.

Các tổ chức phát hành tin tức, không phải 7th Wave, Inc. hay Nanotech Now, chỉ chịu trách nhiệm về tính chính xác của nội dung.

Bookmark: