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研究人員發現碳納米管中的新型激子相互作用

研究小束碳納米管的納米技術研究人員已經發現了一種光學特征,顯示與單個納米管結合的激子伴隨著激子穿過密切相互作用的納米管。這種量子隧道效應會影響碳納米管網絡中的能量分布,對發光薄膜和光收獲應用產生影響。
“觀測此問題在碳納米管表明有潛在檢測和控制在更復雜的,多層的半導體和金屬半導體異質結構類似的反應,”中心綜合納米技術在洛斯阿拉莫斯和共同作者的斯蒂芬Doorn的,所述該研究最近在Nature Communications上發表。
碳納米管是石墨烯的圓柱體,其原子排列成六邊形。它們作為用于電子和光電子應用的近紅外光發射器和納米級半導體材料而感興趣。
激子有效地將碳納米管中的能量攜帶為負電荷和正電荷(電子和空穴)的緊密結合的對。當光線被材料吸收時,會產生激子。納米材料各個元素之間的相互作用可以引起新的緊急行為,如激子凝聚。碳納米管管狀激子 - 在管間隧道的激子 - 增加了觀察到的激子行為范圍。
在這項研究中,來自洛斯阿拉莫斯國家實驗室,綜合納米技術中心和國家標準與技術研究院的合作研究小組表明,拉曼光譜(一種光散射形式)可以提供更廣泛的對管間激子的表征。該團隊使用化學分離來分離單一類型的碳納米管結構的樣品。然后將這些樣品中的納米管捆扎以強制單個納米管之間的相互作用。
為了分析碳納米管激子能量,團隊測量了拉曼散射光的強度,因為它們改變了光的波長。令人驚訝的是,該團隊發現了拉曼碳納米管束中尖銳的特征。沒有發現這種意想不到的特征對于非相互作用的單個碳納米管。
理論分析表明,在由單個碳納米管結構組成的束中產生的獨特堆積幾何形狀導致緊密相互作用的碳原子的鏈。這些鏈促進管內激子的形成。進一步分析表明,管內激子本身不能與產生尖銳特征的光相互作用。相反,在管間激子和管內激子之間的相互作用導致伴隨量子干涉的激子散射過程。這種干擾導致了一種尖銳的不對稱特征,稱為Fano共振,這在拉曼測量中被確定。
該團隊的發現現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中,表明這種行為可以在更廣泛的二維量子復合材料類中找到。
納米管結構的幾何形狀對相互作用的原子鏈有一個干涉的激子散射過程。

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