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2D '안테나'는 탄소 나노튜브의 빛 방출을 향상시킵니다.

플라톤에 의해 재발행
플라톤에 의해 재발행

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월 22, 2024

(나노 워크 뉴스) 평평한 원자 시트는 빛을 흡수하고 그 에너지를 다른 곳으로 전달하는 일종의 안테나 역할을 할 수 있습니다. 탄소 나노 튜브, 밝게 빛나게 만듭니다 ("광학 공정의 차원 제한을 극복하기 위한 혼합 차원 이종 구조의 공명 엑시톤 전달"). 이러한 발전은 양자 효과를 활용하는 작은 미래 발광 장치의 개발에 도움이 될 수 있습니다. 탄소 나노튜브는 직경이 약 1나노미터 정도인 매우 얇고 속이 빈 와이어와 유사합니다. 그들은 다양한 방법으로 빛을 생성할 수 있습니다. 예를 들어, 레이저 펄스는 재료 내에서 음전하를 띤 전자를 여기시켜 양전하를 띤 '정공'을 남길 수 있습니다. 이러한 반대 전하는 쌍을 이루어 엑시톤(exciton)으로 알려진 에너지 상태를 형성할 수 있으며, 엑시톤은 에너지를 빛으로 방출하기 전에 나노튜브를 따라 상대적으로 멀리 이동할 수 있습니다. 원칙적으로 이 현상은 매우 효율적인 작업을 수행하는 데 활용될 수 있습니다. 나노 스케일 발광 장치. 불행하게도 레이저를 사용하여 탄소 나노튜브 내에서 엑시톤을 생성하는 데에는 세 가지 장애물이 있습니다. 첫째, 레이저 빔은 일반적으로 나노튜브보다 1,000배 더 넓기 때문에 레이저 빔의 에너지 중 실제로 물질이 흡수하는 에너지는 거의 없습니다. 둘째, 에너지를 효과적으로 전달하려면 광파가 나노튜브와 완벽하게 정렬되어야 합니다. 마지막으로, 탄소 나노튜브의 전자는 매우 특정한 파장의 빛만 흡수할 수 있습니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 RIKEN Nanoscale Quantum Photonics Laboratory의 Yuichiro Kato가 이끄는 팀은 2D 재료로 알려진 또 다른 종류의 나노 재료로 전환했습니다. 이 평평한 시트는 두께가 원자 몇 개에 불과하지만 레이저 빔보다 훨씬 더 넓을 수 있으며 레이저 펄스를 엑시톤으로 변환하는 데 훨씬 더 좋습니다. 원자적으로 얇은 텅스텐 디셀레나이드 조각은 전자(빨간색)와 정공(파란색)으로 구성된 엑시톤의 저장소 역할을 합니다. 이러한 엑시톤은 트렌치 위에 매달린 좁은 탄소 나노튜브로 빠르게 통과합니다. 원자적으로 얇은 텅스텐 디셀레나이드 조각은 전자(빨간색)와 정공(파란색)으로 구성된 엑시톤의 저장소 역할을 합니다. 이러한 엑시톤은 트렌치 위에 매달린 좁은 탄소 나노튜브로 빠르게 통과합니다. (이미지: RIKEN Nanoscale Quantum Photonics Laboratory) 연구원들은 절연 재료로 조각된 트렌치 위에 탄소 나노튜브를 성장시켰습니다. 그런 다음 그들은 나노튜브 위에 원자적으로 얇은 텅스텐 디셀레나이드 조각을 놓았습니다. 레이저 펄스가 이 플레이크에 부딪히면 레이저보다 더 긴 파장의 빛을 방출하기 전에 나노튜브와 그 길이를 따라 이동하는 엑시톤이 생성됩니다. 각 엑시톤이 하나의 엑시톤을 통과하는 데는 1조분의 1초밖에 걸리지 않았습니다. 2D 소재 나노튜브에. 연구진은 물질 내의 중요한 에너지 수준에 영향을 미치는 다양한 구조의 나노튜브를 테스트함으로써 2D 물질에서 여기자 이동을 촉진하는 이상적인 나노튜브 형태를 확인했습니다. 이 결과를 바탕으로 연구진은 우수한 특성을 가진 소자를 구현하기 위해 반도체 공학에서 유용한 개념인 밴드 엔지니어링을 원자적으로 얇은 규모로 적용할 계획이다. Kato는 “저차원 반도체에 밴드 엔지니어링을 적용하면 새로운 물리적 특성과 혁신적인 기능이 나타날 것으로 기대됩니다.”라고 말했습니다. “우리는 이 개념을 활용하여 개발하기를 희망합니다. 광자 과 광전자 공학 단지 몇 원자층 두께의 장치입니다.”라고 Kato는 덧붙입니다. “원자적으로 얇은 한계까지 축소할 수 있다면 새로운 양자 효과가 나타날 것으로 기대하며, 이는 미래에 유용할 수 있습니다. 양자 기술. "

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