Углеродные трубки могут стать основой нанооптоэлектроники
 Углеродные нанотрубки (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Полупроводниковые нанотрубки – цилиндрические кристаллические модификации углерода, уже нашедшие множество применений в различных аспектах нанотехнологий. Традиционно кристаллическую решетку нанотрубки представляют как лист графена (одноатомной плоскости кристалла графита), свернутый в цилиндр. В зависимости от способа «сворачивания» графитовой плоскости, нанотрубки будут проявлять те или иные физические свойства, к примеру, характерные для металлов или полупроводников.
Для применений в сфере оптоэлектроники интересны именно полупроводниковые нанотрубки, т.к. в них возможна рекомбинация свободных носителей тока (электронов и дырок), в процессе которой испускаются фотоны. За счет этого полупроводниковые нанотрубки могут быть отличным материалом для создания нанооптоэлектронных устройств и двигателем для развития всего направления.
Главное из удивительных свойств полупроводниковых нанотрубок состоит в том, что они могут испускать или поглощать световые волны строго определенных частот. Из квантовой механики известно, что энергетические уровни излучения/поглощения фотонов нанотрубками должны незначительно расщепляться под воздействием внешнего электрического поля. Это явление для атомов и молекул известно как эффект Штарка, не объяснимый в рамках классической физики. Теория позволяет оценить примерную величину этого расщепления – порядка 1 meV.
Согласно последним работам исследователей из лаборатории IBM, электрические поля влияют на оптические свойства углеродных нанотрубок в гораздо большей степени, чем этого можно было ожидать из теоретических расчетов.
В своем эксперименте группа измеряла расщепление частот излучения и поглощения одностенных полупроводниковых нанотрубок во внешнем электрическом поле. В качестве исследуемого образца использовался полевой транзистор, сформированный из углеродных нанотрубок. Образец был размещен в воздухе, чтобы исключить влияние на результат эксперимента окружающих объектов. Измерения показали, что смещение частоты на практике в 30 – 50 раз больше, чем ранее предсказывалось с помощью теории эффекта Штарка. Исследователи предположили: столь сильный эффект возникает из-за того, что внешнее поле легирует полупроводниковую нанотрубку, увеличивая плотность свободных носителей зарядка (электронов или дырок), что неизбежно влияет на смещение частот, ведь дополнительные свободные заряды, в свою очередь, так же создают электрическое поле, т.е. усиливают эффект.
По мнению ученых, сделанное открытие может быть полезным для скорейшего создания электроннооптических устройств на базе углеродных нанотрубок.
Также по теме:
Источники: