Ученые разгадали загадку красочных кабинетных нанотрубок

Исследователи выяснили, что придает кабинетным нанотрубкам  их уникально яркие цвета: водородоподобные частицы под названием экситоны.

Результаты опубликованы в издании Journal of the American Chemical Society.

Кабинетные или кресельные углеродные нанотрубки названы так за их конфигурацию атомов в форме «U». Они одновременно являются металлом и не имеют ширины запрещенной зоны. Это значит, что электроны перемещаются по ним с небольшим удельным сопротивлением — свойством, которое способно сделать доступными кабинетные квантовые провода.

Ученые из университета Райса доказали, что кресельные нанотрубки поглощают свет как полупроводники. Электрон из недвижимого состояния в состояние проводимости смещается абсорбирующими фотонами и оставляет позади положительно заряженные «отверстия», сказал физик Юнихиро Коно (на фото слева). Новая пара электронного отверстия формирует экситон, обладающий нейтральным зарядом.

«Экситоны создаются с поглощением света определенной длины волны», отметил ведущий автор аспирант Эрик Гароз (на фото справа). «Наши глаза видят остаточный свет; нанотрубки извлекают часть видимого спектра».

Диаметр нанотрубок определяет, какие части видимого спектра поглощаются. Это поглощение составляет радугу цветов, замеченных среди различных партий нанотрубок.

«В кабинетных нанотрубках проводимость и валентность касаются друг друга», сказал Коно. «Одноразмерность, объединенная с уникальной энергетической дисперсией, превращает их в металл. Однако связи формируют то, что называется сингулярностью Ван Хоува».

Вокруг подобных сингулярностей, пораженных светом, обычно наблюдается экситонный резонанс, и чем сильнее этот резонанс, тем ярче свет. «Необычно то, что данные одномерные материалы вообще могут существовать», сказал Гароз в заключение. «В случае с большинством металлов это невозможно, поскольку Кулонное взаимодействие между электроном и отверстием является недостаточным для стабильности экситона».

10.01.2012