研究小束碳納米管的納米技術(shù)研究人員發(fā)現(xiàn)了一種光學(xué)特征，顯示出與單個(gè)納米管結(jié)合的激子伴隨著激子穿過密切相互作用的納米管。量子隧道效應(yīng)可能影響碳納米管網(wǎng)絡(luò)中的能量分布，對(duì)發(fā)光薄膜和光捕獲應(yīng)用具有影響。

“在碳納米管中觀察這種行為表明，有可能在更復(fù)雜的多層半導(dǎo)體和半導(dǎo)體金屬異質(zhì)結(jié)構(gòu)中檢測(cè)和控制類似的響應(yīng)，”洛斯阿拉莫斯綜合納米技術(shù)中心的Stephen Doorn說。該研究最近發(fā)表在Nature Communications上。

碳納米管是石墨烯的圓柱體，其原子排列成六邊形。它們作為近紅外光發(fā)射器和用于電子和光電子應(yīng)用的納米級(jí)半導(dǎo)體材料而受到關(guān)注。

激子有效地將碳納米管中的能量作為緊密結(jié)合的負(fù)電荷和正電荷(電子和空穴)對(duì)攜帶。當(dāng)光被材料吸收時(shí)會(huì)產(chǎn)生激子。納米材料的各個(gè)元素之間的相互作用可以產(chǎn)生新的緊急行為，例如激子凝聚。碳納米管intertube激子 - 管之間隧道的激子 - 增加了觀察到的激子行為的范圍。

研究成果

在該研究中，來自洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，納米技術(shù)綜合中心和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所的合作研究小組表明，拉曼光譜(一種光散射形式)可以提供更廣泛的管間激子表征。該團(tuán)隊(duì)使用化學(xué)分離來分離單一類型的碳納米管結(jié)構(gòu)的樣品。然后將這些樣品中的納米管捆束以迫使各個(gè)納米管之間的相互作用。

為了分析碳納米管激子能量，該團(tuán)隊(duì)測(cè)量了拉曼散射光的強(qiáng)度，因?yàn)樗鼈兏淖兞斯獾牟ㄩL(zhǎng)。令人驚訝的是，該團(tuán)隊(duì)在捆綁的碳納米管的拉曼剖面中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)以前未被觀察到的尖銳特征。對(duì)于非相互作用的單個(gè)碳納米管，未發(fā)現(xiàn)這種意外的特征。

理論分析表明，由單個(gè)碳納米管結(jié)構(gòu)組成的束中產(chǎn)生的獨(dú)特填充幾何形狀導(dǎo)致緊密相互作用的碳原子鏈。這些鏈促進(jìn)了intertube激子的形成。進(jìn)一步的分析表明，管間激子本身不能以產(chǎn)生尖銳特征的方式與光相互作用。相反，在管間激子和管內(nèi)激子之間的相互作用導(dǎo)致激子散射過程伴隨著量子干涉。這種干涉導(dǎo)致尖銳的不對(duì)稱特征，稱為在拉曼測(cè)量中識(shí)別的Fano共振。

該團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果現(xiàn)在將這種行為推廣到碳納米管組件中的一類新的激子響應(yīng)，表明這種行為可以在更廣泛的二維量子復(fù)合材料中找到。