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通信|用“缺陷”改进碳纳米管

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通信|用“缺陷”改进碳纳米管
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碳基纳米材料特性可以通过引入某些结构“缺陷”加以改进 。 然而 ， 控制这些缺陷的数量和类型一直是一项挑战 。 近日 ， 德国海德堡大学研究人员演示了一种新反应途径以控制这种缺陷 。 这会导致特定的光学活性缺陷 ， 即所谓的sp3缺陷 ， 从而使碳纳米管进一步发光并可以发射单光子 。 近红外光的有效发射对于远程通信和生物成像具有重要意义 。
通常 ， 缺陷被认为是“坏”东西 ， 会对材料性能产生负面影响 。 然而 ， 在某些纳米材料中 ， 例如碳纳米管 ， 一些缺陷可以产生“好”作用 ， 并使新功能成为可能 。 在这里 ， 精确的缺陷类型是至关重要的 。 碳纳米管由卷起来的六边形sp2碳原子晶格片组成 ， 这些空心管直径约为1纳米、长几微米 。
通过一定的化学反应 ， 晶格中的sp2碳原子可以转化为sp3碳原子 。 这改变了碳纳米管的局部电子结构 ， 并导致了一个光学活性缺陷 。 这些缺陷在近红外波段发出的光更远 ， 总体上比未被功能化的纳米管更能发光 。
由于碳纳米管的几何形状 ， 引入sp3碳原子的精确位置决定了缺陷的光学性质 。 “不幸的是 ， 到目前为止 ， 对缺陷形成的控制还非常有限 。 ”海德堡大学教授JanaZaumseil说 。
该团队展示了一种新的化学反应途径 ， 能控制缺陷并选择性地产生一种特定类型的sp3缺陷 。 这些光学活性缺陷比之前引入的任何缺陷都“好” 。 Zaumseil解释说 ， 它们不仅更能发光 ， 而且在室温下还能发射单光子 。 在这个过程中 ， 一次只能发射一个光子 ， 这是量子密码学和高度安全通信的先决条件 。
专家认为 ， 能够制造出大量具有特定缺陷且缺陷密度可控的纳米管 ， 为光电器件和电泵单光子源发展铺平了道路 。 相关论文近日刊登于《自然—通讯》 。
【通信|用“缺陷”改进碳纳米管】（据《中国科学报》）

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