توسعه تجهیزات کوانتومی با نور حاصل از لیزر به نانولوله‌های کربنی

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا،  زمانی که نور توسط یک ورق مسطح از اتم‌هایی که به عنوان آنتن عمل می‌کنند، جذب می‌شوند، این انرژی به داخل نانولوله هدایت شده و در چنین شرایطی نانولوله‌های کربنی می‌توانند درخشش قابل توجهی داشته باشند.

این پیشرفت ممکن است برای توسعه دستگاه‌های کوچک به کار گرفته شود، دستگاه‌هایی که در پدیده‌های کوانتومی قابل استفاده هستند.

نانولوله‌های کربنی شبیه سیم‌های بسیار نازک و توخالی، دارای قطر نانومتری هستند. آنها روش‌های مختلفی برای تولید نور دارند. به عنوان مثال، یک پالس لیزر می‌تواند باعث ایجاد حفره‌هایی با بار مثبت روی آن شود و در عین حال الکترون‌های با بار منفی نیز ایجاد می‌شوند.

هنگامی که این بار‌های مخالف با هم ترکیب می‌شوند، یک اگزیتون ایجاد می‌کند، حالتی پرانرژی که می‌تواند قبل از آزاد کردن انرژی خود به صورت نور، فاصله طولانی را روی نانولوله حرکت کند. این پدیده به طور بالقوه می‌تواند برای ایجاد دستگاه‌های نوری نانویی استفاده شود.

سه مانع برای استفاده از لیزر برای تولید اگزیتون در نانولوله‌های کربنی  وجود دارد. اول، پرتو لیزر اغلب هزار برابر بزرگتر از نانولوله است، بنابراین نانولوله انرژی نسبتاً کمی را جذب می‌کند.

دوم، امواج نوری باید دقیقاً با نانولوله هماهنگ باشند تا انرژی خود را به طور مؤثر توزیع کند. سوم، الکترون‌های موجود در نانولوله کربنی فقط می‌توانند نور را در طول موج مشخص جذب کنند.

برای دور زدن این محدودیت‌ها، محققان به سراغ ماده‌ای دو بعدی رفتند که یک صفحه با ضخامت چند اتم است. این لایه به دلیل سطح بزرگی که دارد می‌تواند بخش بیشتری از نور را جذب کند و در تبدیل پالس‌های لیزر به اگزیتون‌ها به طور قابل توجهی مؤثرتر است.

این تیم نانولوله‌های کربنی  را بر روی یک بستر عایق رشد داد. آنها سپس یک پوسته اتمی نازک از دی‌سلنید تنگستن را در بالای نانولوله‌ها لایه‌بندی کردند. هنگامی که پالس‌های لیزر به این پوسته برخورد کردند، آنها اگزیتون‌هایی تولید کردند که قبل از انتشار نور با طول موج بزرگتر از لیزر، به داخل نانولوله و در طول آن حرکت می‌کردند.

هر اگزیتون فقط یک تریلیونیوم ثانیه زمان نیاز داشت تا در طول نانولوله حرکت کند.

محققان با ارزیابی نانولوله‌ها شکل‌های نانولوله بهینه را پیدا کردند که باعث انتقال اگزیتون‌ها از ماده ۲ D می‌شود. آنها قصد دارند با مهندسی این ساختار، برای تولید ساختار‌های نیمه‌هادی جدید اقدام کنند.