Selon le conseil Mai Musi, les scientifiques Rice University (Université Rice) et de l'Université métropolitaine de Tokyo au Japon (Tokyo Metropolitan University) observée dans le film de nanotubes de carbone à un nouveau type d'effets quantiques, les effets quantiques peuvent contribuer au laser unique, et d'autres dispositifs opto-électronique recherche et développement.
L'équipe de recherche 'Rice-Tokyo' a rapporté qu'en utilisant des nanotubes de carbone à paroi unique comme champs de confinement quantique plasmoniques, la capacité à manipuler la lumière à l'échelle quantique a fait des progrès significatifs.
Le phénomène a été découvert dans le physicien Rice University aux Etats-Unis laboratoire de Junichiro Kono, cela pourrait devenir une technologie clé dans le développement de dispositifs optoélectroniques nanométriques lasers à infrarouge, à l'échelle nanométrique laser proche infrarouge émet une longueur d'onde de faisceau continu est trop courte pour niveau actuel de la technologie ne peut pas atteindre.
publié les détails de la nouvelle étude « Nature Communications ».
L'équipe de Kono a trouvé cette méthode de «nanotubes de carbone très serrés dans des films de la taille d'une plaquette» qui permet de réaliser des expériences difficiles à réaliser dans des agrégats de nanotubes simples ou intriqués. Cela a attiré l'attention de Kazuhiro Yanagi, un physicien de l'Université métropolitaine de Tokyo, spécialisé dans la physique condensée des nanomatériaux.
Kono a présenté le projet de coopération et a déclaré: «Dans cette recherche, Yanagi a fourni la« technique de déclenchement »(cette technologie peut contrôler la densité des électrons dans le film de nanotubes) .Nous avons fourni la technologie d'alignement CNT. C'est la première fois que nous fabriquons un film de nanotubes de carbone de grande surface régulièrement arrangé avec une «porte gated» qui nous permet d'injecter et d'enlever une grande quantité d'électrons libres.
Yanagi a ajouté: «La technologie de contrôle de porte est très utile, mais les nanotubes de carbone dans les membranes que j'ai utilisées auparavant sont disposés de manière aléatoire, ce qui est très frustrant car je ne connais pas précisément les nanotubes dans ce type de film. La nature unidimensionnelle de ceci, et c'est en fait très important Le film fourni par l'équipe de Kono est très étonnant, parce que ces films peuvent finalement m'aider à résoudre ce problème.
Les deux équipes ont combiné les techniques pour relever le défi d '«injecter des électrons dans des nanotubes de 1 nanomètre seulement et de les exciter avec de la lumière polarisée.» La largeur des nanotubes de carbone capture les électrons dans les puits quantiques, où les atomes et les L'énergie des particules atomiques est «limitée» à un certain état ou sous-bande.La lumière polarisée les fait alors osciller rapidement entre les parois du tube.Kono pense: «Tant qu'il y a assez d'électrons, ils peuvent agir comme plasma.
Kono a déclaré: «Le plasma est une sorte d'oscillation de charge collective dans une structure confinée.Pour une plaque, un film, un ruban, une particule ou une sphère, si vous dérangez ces systèmes (généralement en utilisant un faisceau lumineux), ces Les fréquences propres se déplacent collectivement. »Et cet effet est déterminé par le nombre d'électrons et la taille et la forme de l'objet.
Dans l'expérience de l'Université Rice, puisque le nanotube est très mince, de sorte que l'énergie entre la sous-bande quantique presque l'énergie du plasma plutôt que Kono: « Ceci est entre le mécanisme de plasmon quantique, dans laquelle la sous-bande transition est appelé plasmons (plasmon intersousbande, ISP) interbande. investigateurs ont étudié artificiels dans les puits quantiques de semi-conducteur au sein du phénomène de super-gamme de longueurs d'onde infrarouge lointain, mais cette étude est la première se produit naturellement dans un des matériaux à faibles dimensions Le phénomène est observé dans la condition d'une courte longueur d'onde.
Cette «dépendance à la tension de grille» très complexe détectée dans la réponse plasmonique est une surprise, comme dans le cas des nanotubes à paroi unique en métal et en semi-conducteur.Kono estime: «En recherchant des nanomètres de lumière» Sur la base de la théorie de base de l'interaction des tubes, nous pouvons déduire la formule de l'énergie de résonance: à notre grande surprise, cette formule est très simple: seul le diamètre des nanotubes est la variable décisive.
Les chercheurs croient que ce phénomène peut favoriser le développement des communications, de la spectroscopie, de l'imagerie et des lasers à cascade quantique proche infrarouge hautement ajustables.
équipe Kono utilisant des nanotubes disposés régulièrement l'équipe de développement de dispositif pionnier. Co-auteurs de l'étude, l'équipe de stagiaire post-doctoral Weilu Gao que Kono, des lasers à semi-conducteurs classiques du laser dépend du matériau de largeur de bande, mais ce n'est pas un laser à cascade quantique . Weilu Gao a dit: « longueur d'onde laser à cascade quantique est notre bandgap indépendante laser appartiennent à cette catégorie, nous en changeant le diamètre des nanotubes, il est possible de régler l'énergie de résonance plasmonique, sans avoir à prendre en compte. Problème d'écart.
Kono a également prédit que cette grille, les films de nanotubes sont régulièrement disposés sera physicien Luttinger possibilité liquide à étudier, des conducteurs à une dimension en interaction théorie des électrons.
Selon Kono: «La prédiction unidimensionnelle des métaux est très différente des métaux bidimensionnels et tridimensionnels.Les nanotubes de carbone sont l'un des meilleurs candidats pour observer le comportement du liquide de Luttinger.La recherche sur un seul nanotube est assez difficile, mais nous avons établi une Systèmes monodimensionnels macroscopiques L'énergie de Fermi peut être ajustée par dopage ou déclenchement, nous pouvons même convertir des semi-conducteurs unidimensionnels en métaux unidimensionnels, ce qui en fait un système idéal pour étudier de tels phénomènes physiques.
Tokyo professeur de l'Université métropolitaine de la cohésion physique Yanagi est le premier auteur des co-auteurs de l'étude comprennent également: Diplômé de l'Université de Tokyo Metropolitan Ryotaro Okada et Yota Ichinose, le professeur adjoint Yohei Yomogida, et l'Université Rice étudiant diplômé Fumiya Katsutani. Kono est professeur de génie électrique et informatique / physique et d'astronomie / nano-science des matériaux et l'ingénierie.
L'étude menée par la Société japonaise pour la promotion des subventions de recherche (KAKENHI), le Japon science et la technologie pour promouvoir le développement de projets structurants, Yamada Science Foundation et le Département américain des sciences fondamentales de l'énergie de l'énergie Programme, la National Science Foundation et la Robert Welch Foundation financement.