Яскравість світіння вуглецевих нанотрубок була збільшена на 18 відсотків

Нові дослідження, проведені вченими, дозволили знайти спосіб, за допомогою якого яскравість світіння вуглецевих нанотрубок була збільшена на 18 відсотків, що дозволяє створити на їх основі різні елементи нанофотонних пристроїв, таких, як джерело єдиних фотонів інфрачервоного світла, що функціонує при кімнатній температурі.

Вуглецеві нанотрубки, крім усього іншого, здатні функціонувати, як джерело світлового випромінювання, який можна використовувати в різних областях, в електроніці, нанофотонике і для створення крихітних мікроелектромеханічних пристроїв.

На жаль, вуглецеві нанотрубки є вкрай малоефективним джерелом світла внаслідок їх одномірної структури, рівень квантової люмінесценції не перевищує одного відсотка від кількості затраченої на це енергії.

Але нові дослідження, проведені вченими, дозволили знайти спосіб, за допомогою якого яскравість світіння вуглецевих нанотрубок була збільшена на 18 відсотків, що дозволяє створити на їх основі різні елементи нанофотонних пристроїв, таких, як джерело єдиних фотонів інфрачервоного світла, що функціонує при кімнатній температурі.

З допомогою підведеного до вуглецевої нанотрубке електричного струму або висвітлення її світлом із заданими параметрами, у кристалічній решітці нанотрубки створюються збуджені електрони, які залишають після себе електронні дірки, області в кристалічній решітці, в якій відсутній електрон і яка виступає в ролі носія позитивного електричного заряду.

В результаті процесу подальшого порушення, електрони і дірки зв’язуються один з одним, формуючи квазичастицу, звану экситоном. У момент утворення цієї квазічастинки випускається фотон світла в діапазоні, дуже близькій до діапазону інфрачервоного світла.

Проіснувавши деякий час, экситон розпадається за рахунок рекомбінації дірки і електрони, за рахунок взаємної анігіляції цих двох носіїв протилежних електричних зарядів. Якщо розпад екситона відбувається природним чином, то це подія стає джерелом ще одного фотона світла. Але в деяких випадках, розпад екситонів може і не супроводжуватися випромінюванням фотона.

На жаль, такий розпад квазічастинок, який відбувається в момент їх зіткнення з дефектами структури нанотрубки, є основним видом розпаду екситонів у вуглецевих нанотрубках, знижуючи їх ефективність як джерела світла.

Однак, не всі дефекти кристалічної структури надають переважна вплив на екситони. Деякі з дефектів, що мають певну електронну конфігурацію, можуть захоплювати екситони і перетворювати їх у фотони світла з дуже високим рівнем енергії, вище, ніж рівень енергії простого розпаду екситона.

Такі «корисні» дефекти працюють в якості енергетичних підсилювачів і вчені звернули до них свою увагу з метою збільшити здібності нанотрубок до випромінювання світла.

Для створення «корисних» дефектів вчені впливали на них невеликою кількістю атомів кисню, які, втілившись у структуру нанотрубок, ставали власне цими дефектами. Вчені виявили, що після впливу киснем на нанотрубку її люмінесценція збільшилася до значення в 18 відсотків по відношенню до енергії, що витрачається.

Вчені приписують таке збільшення зміні співвідношення трьох видів розпаду екситонів, при яких не випромінюється фотон світла, що випромінюється звичайний інфрачервоний фотон світла і випромінюється високоенергетичний фотон світла.

У майбутньому вчені збираються використати ще більш досконалі технології, які дозволять максимізувати кількість високоенергетичних розпадів екситонів, що дозволить ще більше збільшити ефективність вуглецевих нанотрубок, які виступають у ролі джерела світла. Згідно з прогнозами, таким способом можна добитися 50-відсоткового випромінювання світла при кімнатній температурі. А використання різних матеріалів в якості створює дефекти «допінгу» для структури вуглецевої нанотрубки, дозволить домогтися випромінювання нанотрубкой когерентного світла, після чого їх можна буде розглядати в якості альтернативи напівпровідникових лазерів, широко застосовуються сьогодні в області оптичних комунікацій.

Джерело(і):

1. dailytechinfo.org

2. phys.org

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *