Los investigadores de nanotecnología que estudian pequeños paquetes de nanotubos de carbono han descubierto una firma óptica que muestra que los excitones unidos a un solo nanotubo están acompañados por excitones que atraviesan nanotubos que interactúan estrechamente. Esa acción de túnel cuántico podría afectar la distribución de energía en redes de nanotubos de carbono, con implicaciones para la luzemisión de películas y aplicaciones de recolección de luz.
"Observar este comportamiento en los nanotubos de carbono sugiere que existe el potencial de detectar y controlar una respuesta similar en semiconductores más complejos de varias capas y heteroestructuras de metal semiconductor", dijo Stephen Doorn, del Centro de Nanotecnologías Integradas en Los Alamos y uncoautor del estudio, publicado recientemente en Comunicaciones de la naturaleza .
Los nanotubos de carbono son cilindros de grafeno con sus átomos dispuestos en hexágonos. Son de interés como emisores de luz infrarroja cercana y materiales semiconductores a nanoescala para aplicaciones electrónicas y optoelectrónicas.
Los excitones transportan efectivamente la energía en los nanotubos de carbono como pares fuertemente unidos de carga negativa y positiva electrones y agujeros. Los excitones se crean cuando el material absorbe la luz. Las interacciones entre elementos individuales de los nanomateriales pueden dar lugar a nuevos comportamientos emergentes, comocomo la condensación de excitones. Los excitones de intertubo de nanotubos de carbono, esos excitones que hacen un túnel entre los tubos, se suman al rango de comportamientos de excitones observados.
Logros de investigación
En el estudio, un equipo de investigación colaborativo del Laboratorio Nacional de Los Alamos, el Centro de Nanotecnologías Integradas y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología mostró que la espectroscopía Raman una forma de dispersión de la luz puede proporcionar una caracterización más amplia de los excitones intertubo.El equipo utilizó separaciones químicas para aislar una muestra de un solo tipo de estructura de nanotubos de carbono. Los nanotubos en estas muestras se agruparon para forzar las interacciones entre nanotubos individuales.
Para perfilar las energías de excitón de nanotubos de carbono, el equipo midió la intensidad de la luz dispersa de Raman a medida que variaban la longitud de onda de la luz. Sorprendentemente, el equipo encontró una característica aguda previamente no observada en el perfil Raman de los nanotubos de carbono agrupados. Esta característica inesperadano se encontró para nanotubos de carbono individuales que no interactúan.
El análisis teórico mostró que la geometría de empaquetamiento única producida en haces compuestos por una sola estructura de nanotubos de carbono da como resultado cadenas de átomos de carbono que interactúan estrechamente. Estas cadenas promueven la formación de excitones intertubulares. Un análisis adicional mostró que los excitones intertubo por sí mismos no pueden interactuar conluz de una manera que genera la característica aguda. En cambio, una interacción entre los excitones intertubo y los excitones intratube conduce a un proceso de dispersión de excitones que se acompaña de una interferencia cuántica. Esta interferencia produce una característica asimétrica aguda conocida como resonancia Fano quefue identificado en la medición Raman.
Los hallazgos del equipo ahora generalizan este comportamiento a una nueva clase de respuesta de excitón en conjuntos de nanotubos de carbono, lo que sugiere que tales comportamientos se pueden encontrar en una clase más amplia de materiales compuestos cuánticos bidimensionales.
Equipo de investigación : Stephen Doorn, Erik Haroz y Hagen Telg del Centro de Nanotecnologías Integradas en el Laboratorio Nacional de Los Alamos; Andrei Piryatinski de Los Alamos; Oleksiy Roslyak de la Universidad de Fordham; Jared Crochet y Juan Duque de Los Alamos; Jeffrey Simpson de la Universidad de Towson y NationalInstituto de Estándares y Tecnología; y Angela Hight Walker, del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio Nacional de Los Alamos . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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