Opticky aktivní vady zlepšují uhlíkové nanotrubice

Optické vlastnosti uhlíkových nanotrubiček, které se skládají ze svinuté šestihranné mřížky atomů uhlíku sp2, lze zlepšit defekty. Nová reakční cesta umožňuje selektivní generování opticky aktivních defektů sp3. Mohou také emitovat jednotlivé fotony v blízké infračervené oblasti při pokojové teplotě. Fotografický kredit: Simon Settele (Heidelberg)

Vědci z Heidelbergu dosahují kontroly vad novou reakční cestou.

Vlastnosti nanomateriálů na bázi uhlíku lze modifikovat a konstruovat cíleným zavedením určitých strukturálních „nedokonalostí“ nebo defektů. Úkolem však je kontrolovat počet a povahu těchto vad. V případě uhlíkových nanotrubiček – mikroskopických tubulárních sloučenin, které emitují světlo v blízké infračervené oblasti – chemici a vědci o materiálech na Heidelbergské univerzitě v čele s Prof. Dr. Jana Zaumseil nyní ukázala novou reakční cestu, která umožňuje takovou kontrolu vad. To vede ke specifickým opticky aktivním defektům – takzvaným defektům sp3 – které jsou více luminiscenční a mohou emitovat jednotlivé fotony, tj. Lehké částice. Efektivní emise světla v blízké infračervené oblasti je důležitá pro telekomunikační a biologické zobrazovací aplikace.

Na vady se obvykle pohlíží jako na něco „špatného“, co negativně ovlivňuje vlastnosti materiálu a činí ho méně dokonalým. U určitých nanomateriálů, jako jsou uhlíkové nanotrubičky, však mohou tyto „nedokonalosti“ vést k něčemu „dobrému“ a umožnit nové funkce. Zde je rozhodující přesná povaha vad. Uhlíkové nanotrubice se skládají ze svinutých vrstev šestihranné mřížky sp2 atomů uhlíku, které se také nacházejí v benzenu. Tyto duté trubice mají průměr asi jeden nanometr a délku až několik mikrometrů.

Prostřednictvím určitých chemických reakcí mohou být některé atomy sp2 uhlíku v mřížce přeměněny na sp3 uhlík, který je také obsažen v methanu nebo diamantu. To mění lokální elektronovou strukturu uhlíkové nanotrubice a vede k opticky aktivní vadě. Tyto defekty sp3 emitují světlo ještě dále v blízké infračervené oblasti a jsou celkově luminiscenční než nefunkční nanotrubice. Vzhledem k geometrii uhlíkových nanotrubiček určuje přesná poloha zavedených atomů uhlíku sp3 optické vlastnosti defektů. „Bohužel zatím existuje jen velmi malá kontrola nad tím, jaké defekty se tvoří,“ říká Jana Zaumseil, profesorka z Ústavu pro fyzikální chemii a členka Centra pro pokročilé materiály na Heidelbergské univerzitě.

Vědec z Heidelbergu a její tým nedávno předvedli novou cestu chemické reakce, která umožňuje kontrolu defektů a selektivní generování pouze určitého typu defektu sp3. Tyto opticky aktivní vady jsou „lepší“ než jakákoli z „nedokonalostí“ zavedených dříve. Nejen, že jsou více luminiscenční, ale také vykazují emise jednoho fotonu při pokojové teplotě, vysvětluje profesor Zaumseil. Současně je emitován pouze jeden foton, což je předpokladem pro kvantovou kryptografii a vysoce bezpečnou telekomunikaci.

Podle Simona Setteleho, doktoranda ve výzkumné skupině prof.Zaumseila a prvního autora článku, který uvádí tyto výsledky, je tato nová funkcionalizační metoda – nukleofilní přísada – velmi jednoduchá a nevyžaduje žádné speciální vybavení. “Teprve začínáme zkoumat možné aplikace.” Mnoho chemických a fotofyzikálních aspektů je stále neznámých. Cílem je však vytvořit ještě lepší defekty. “

Tento výzkum je součástí projektu „Triony a defekty sp3 v jednostěnných uhlíkových nanotrubičkách pro optoelektroniku“ (TRIFECTs), který je veden profesorem Zaumseilem a financován ERC Consolidator Grant od Evropské rady pro výzkum (ERC). Cílem je porozumět a zkonstruovat elektronické a optické vlastnosti defektů v uhlíkových nanotrubičkách.

“Chemické rozdíly mezi těmito defekty jsou malé a požadovaná konfigurace vazby se normálně vytváří pouze u menšiny nanotrubiček.” Možnost výroby velkého počtu nanotrubiček se specifickými defekty a hustotou řízených defektů připravuje cestu pro optoelektronické komponenty a elektricky čerpané zdroje jednotlivých fotonů, které budou vyžadovány pro budoucí aplikace v kvantové kryptografii, “říká profesor Zaumseil.

Do tohoto výzkumu byli zapojeni také vědci z Univerzity Ludwiga Maximiliána v Mnichově a Mnichovského centra pro kvantovou vědu a technologii. Výsledky byly publikovány v časopise Komunikace přírody.

Odkaz: „Syntetická kontrola vazebné konfigurace luminiscence sp3. místo– Vady uhlíkových nanotrubiček s jednou stěnou “Simon Settele, Felix J. Berger, Sebastian Lindenthal, Shen Zhao, Abdurrahman Ali El Yumin, Nicolas F. Zorn, Andika Asyuda, Michael Zharnikov, Alexander Högele a Jana Zaumseil, 9. dubna 2021 , Komunikace přírody.
DOI: 10.1038 / s41467-021-22307-9

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Skladování obnovitelné energie v kamenech místo lithiových baterií

V případě přebytku elektřiny z větru nebo slunce se energetická rezerva nabije. To se děje prostřednictvím systému kompresorů a turbín, které čerpají tepelnou...

Houby mohou léčit bakterie a obohatit půdu o živiny

Aeroskulární mykorhizní houby se rozprostírají přes dlouhé vláknité struktury zvané krásně až k zemi. Krásy, menší než lidské vlasy, lze vidět mezi kořeny...

Světlo zapíná barvy a vzory objektů

Nový systém využívá ultrafialové světlo, které se promítá na objekty natřené barvou aktivující světlo, ke změně reflexních vlastností barvy a vytváření obrazů během několika...

Ne! Je pravděpodobnější, že žádosti o půjčku zpracované kolem poledne budou zamítnuty

Úředníci bankovních půjček pravděpodobněji budou schvalovat žádosti o půjčky dříve a později během dne, zatímco „únava z rozhodování“ kolem poledne je spojena s nedodržováním...

Náročné modely před oddělením v Bothnian Bay

19. dubna 2021 Mořský led na severu Baltského moře vykazuje některé přesvědčivé vzory, než se na jaře roztaví a setře. Na rozdíl od mořského ledu, který...

Newsletter

Subscribe to stay updated.