Нанотехнологии
Википедия
Нанотехнологии
Нанотехнология представляет собой междисциплинарную область прикладной и фундаментальной науки и техники, которая имеет дело с совокупностью теоретическог... читать далее »
Новости Нанотехнологий
24.07.2013 16:41
Нанотрубки, преднамеренно созданные с дефектами, эффективнее обычных. Нанотехнологии.
Исследователи во главе с Юхеи Миячи (Yuhei Miyauchi) из Киотского университета (Япония) добились изменения одного из ключевых параметров углеродных нанотрубок, сделав это весьма остроумным способом.
Когда экситон (голубое пятно) движется вдоль нанотрубки и сталкивается с нульмерным состоянием (красное пятно), то быстро распадается по сценарию с излучением фотона (внизу). Допирование нанотрубки атомами кислорода позволило создать такую нульмерную ловушку искусственно. (Здесь и ниже иллюстрации Yuhei Miyauchi et al.)
Когда на нанотрубку падает свет (или к ней прикладывают напряжение), возбуждённые электроны и дырки (места, где электронов нет) начинают двигаться по нанотрубке, и та излучает в ближнем инфракрасном диапазоне. При этом рекомбинация электрона и дырки в так называемых экситонах служит основным механизмом, отвечающим за испускание фотонов.
Однако квантовая эффективность такого «осветительного наноприбора» очень низка — около 1%, то есть даже хуже, чем у лампы накаливания. Почему? Экситоны могут распадаться (отсюда рекомбинация) двумя способами: посредством излучения фотона или же без него. В нанотрубке, по сути, есть всего одно измерение, в котором может двигаться экситон, — длина. Следовательно, экситоны часто сталкиваются и распадаются, не успев испустить фотон. Опять же дефекты нанотрубок и вовсе подавляют формирование экситонов, даже если ток по-прежнему прилагается. Что же делать?
Впрочем, как считают исследователи, не все дефекты нанотрубок одинаково вредны, и вовсе не все из них подавляют формирование экситонов. Учёные попытались искусственно внести в нанотрубки такие дефекты, которые служили бы ловушками для экситонов и, поймав экситон, давали бы ему возможность испустить фотон.
Роль искусственного дефекта в экспериментах сыграли атомы кислорода, действовавшие как нульмерные ловушки для экситонов. Как показали опыты, уже при комнатной температуре экситоны в нульмерных состояниях достигли квантовой эффективности в 18% — то есть восемнадцатикратно большей, чем обычные нанотрубки. «Мы думаем, что светимость нанотрубок может быть дополнительно повышена, если получится найти лучшую атомную структуру для искусственной нульмерной ловушки», — уверен г-н Миячи.
А пока ближайшей целью исследователи называют создание одиночной нанотрубки с одним искусственным включением (то есть атомом кислорода), что позволило бы реализовать однофотонный источник для ближнего ИК-излучения — первый в своём роде из способных работать при комнатной температуре. Что такая разработка может дать в перспективе, помимо очень эффективного оборудования для изучения поведения различных материалов в наномасштабе?
Схема допирования нанотрубок кислородом.
Сами материаловеды надеются на создание на подобной основе ИК-диодов или лазеров, работающих в том же диапазоне. Сегодня для таких устройств нужны материалы вроде индия или галлия — не самый удобный или дешёвый выбор. Как считают авторы, сходные устройства на базе углерода и кислорода будут менее требовательны в ресурсном отношении при той же эффективности.
Источник