De acordo com o relatório da consultoria Meymers, cientistas da Universidade Rice e da Universidade Metropolitana de Tóquio, no Japão, observaram um novo efeito quântico no filme de nanotubos de carbono, que pode contribuir para o laser único. E outros dispositivos optoeletrônicos R & D.
A equipe de pesquisa "Rice-Tokyo" relatou que, ao usar nanotubos de carbono de parede única como campos de confinamento quântico plasmônico, a capacidade de manipular a luz na escala quântica fez progressos significativos.
O fenômeno foi descoberto no físico Estados Unidos Universidade Rice laboratório de Junichiro Kono, isso poderia se tornar uma tecnologia-chave no desenvolvimento de dispositivos optoeletrônicos em nanoescala do infravermelho próximo lasers, nanoescala near-infrared laser emite um comprimento de onda de feixe contínuo é muito curta para atual nível de tecnologia não pode alcançar.
"Nature Communications" publicou detalhes do novo estudo.
A equipe de Kono encontrou este método de "nanotubos de carbono muito bem arranjados em filmes do tamanho de bolachas" que podem alcançar experimentos que são difíceis de alcançar em agregados de nanotubos simples ou emaranhados. Isso chamou a atenção de Kazuhiro Yanagi, físico da Universidade Metropolitana de Tóquio, especialista em física condensada em nanomateriais, e os dois lados iniciaram uma pesquisa conjunta.
Kono apresentou o projeto de cooperação e disse: 'Nesta pesquisa, a Yanagi forneceu a' técnica de controle '(essa tecnologia pode controlar a densidade de elétrons no filme de nanotubos). Fornecemos a tecnologia de alinhamento de CNT. Esta é a primeira vez que fabricamos um filme de nanotubo de carbono organizado regularmente e de grande área com um 'portão fechado' que nos permite injetar e retirar uma grande quantidade de elétrons livres.
Yanagi acrescentou: "A tecnologia de controle de portões é muito útil, mas os nanotubos de carbono nas membranas que usei anteriormente são aleatoriamente arranjados. Essa situação é muito frustrante porque não posso conhecer com precisão os nanotubos neste tipo de filme. A natureza unidimensional disso, e isso é realmente muito importante.O filme fornecido pela equipe Kono é muito surpreendente, porque esses filmes podem finalmente me ajudar a resolver este problema.
As duas equipes combinaram as técnicas para alcançar o desafio de "injetar elétrons em nanotubos de apenas 1 nanômetro de largura e depois excitá-los com luz polarizada". A largura dos nanotubos de carbono captura os elétrons no poço quântico, onde os átomos e os átomos A energia das partículas atômicas é "restrita" em um determinado estado ou sub-banda. A luz polarizada faz com que elas oscilem rapidamente entre as paredes do tubo. Kono pensa: "Enquanto houver elétrons suficientes, eles podem agir como plasma."
Kono disse: "O plasma é um tipo de oscilação de carga coletiva em uma estrutura confinada. Para uma placa, um pedaço de filme, uma fita, uma partícula ou uma esfera, se você perturbar esses sistemas (geralmente usando um feixe de luz), essas As autofrequências se movem coletivamente. ”E esse efeito é determinado pelo número de elétrons e pelo tamanho e forma do objeto.
Em experimentos na Rice University nos Estados Unidos, porque os nanotubos são tão finos, a energia entre as sub-bandas quânticas é quase igual à energia do plasma.Kono pensa: 'Este é o mecanismo quântico dos plasmons, onde as sub-bandas A transição é conhecida como o plasmon intersubband (ISP) .Os pesquisadores estudaram esse fenômeno em poços quânticos semicondutores artificiais na faixa de comprimentos de onda do infravermelho ultra longínquo, mas esta é a primeira ocorrência natural em materiais de baixa dimensão. O fenômeno é observado sob a condição de um comprimento de onda curto.
Essa 'dependência de voltagem de porta' muito complexa detectada na resposta do plasma é uma surpresa, assim como ocorre em nanotubos de parede única de metal e semicondutores. ”Kono pensa:“ Pesquisando nanômetros de luz ” Com base na teoria básica de interação de tubos, podemos derivar a fórmula para a energia de ressonância, para nossa surpresa, esta fórmula é muito simples, apenas o diâmetro do nanotubo é a variável decisiva.
Os pesquisadores acreditam que esse fenômeno pode promover o desenvolvimento de comunicações, espectroscopia, geração de imagens e lasers em cascata quântica altamente ajustáveis próximos ao infravermelho.
equipe Kono usando nanotubos regularmente dispostas equipe de desenvolvimento do dispositivo pioneiro. Os co-autores do estudo, pós-doutorado equipe companheiro Weilu Gao que Kono, lasers semicondutores convencionais de laser depende do material de gap, mas isso não é um laser de cascata quântica . Weilu Gao disse: "quantum comprimento de onda do laser de cascata é bandgap independente nosso laser de pertencer a esta categoria, somente mudando o diâmetro dos nanotubos, é possível sintonizar a energia de ressonância plasmônica, sem a necessidade de considerar. Problema de lacuna.
Kono também previu que esta porta, filmes de nanotubos são regularmente dispostas vai físico Luttinger oportunidade para estudar líquido, condutores unidimensionais interagindo teoria de electrões.
Kono disse: 'unidimensional e tridimensional previsão e de metal de metal são muito diferentes, os nanotubos de carbono são a observar um dos melhores métodos possíveis Luttinger comportamento líquido de pesquisa nano-tubo único é muito difícil, mas temos estabelecido um. um sistema dimensional macroscópica ou fechado por dopagem, energia de Fermi pode ser ajustado. nós mesmo pode ser convertido em um metal dimensional semicondutor unidimensional. Deste modo, é um sistema ideal para explorar tais fenómenos físicos. '
professor de Tokyo Metropolitan University da física Yanagi de coesão é primeiro autor do co-autores do estudo também incluem: Pós-Graduação em Tokyo Metropolitan University Ryotaro Okada e Yota Ichinose, o Professor Assistente Yohei Yomogida, e Rice University estudante de graduação Fumiya Katsutani. Kono é Professor de Engenharia Eletrônica e de Computação / Física e Astronomia / Ciência de Materiais e Nanotecnologia.
O estudo pela Sociedade Japonesa para a Promoção da bolsas de investigação (KAKENHI), Japão Ciência e Tecnologia para promover o desenvolvimento de projectos essenciais, Yamada Science Foundation e do Departamento de Programa de Ciência da Energia Básica Energia, a Fundação Nacional de Ciência dos Estados Unidos e da Welch Fundação Robert Financiamento.