Forskere skalerer terahertz-toppe i nanorør

(Phys.org) — Carbon nanorør bærer plasmoniske signaler i terahertz-området af det elektromagnetiske spektrum, men kun hvis de er metalliske af natur eller dopede.

I ny forskning, Rice University-laboratoriet af fysiker Junichiro Kono modbeviste tidligere teorier om, at dominerende terahertz-respons kommer fra halvledende nanorør med smalle mellemrum.

At vide, at metalliske eller dopede nanorør reagerer med plasmoniske bølger ved terahertz-frekvenser, åbner muligheden for, at rørene kan bruges i en bred vifte af optoelektroniske forstærkere, detektorer, polarisatorer og antenner.

Arbejdet af Kono og hans Rice-kolleger dukkede op online for nylig i tidsskriftet American Chemical Society Nano bogstaver .

Forskere har længe været opmærksomme på en terahertz-top i nanorør, de små cylindre af sammenrullet kulstof, der lover så meget for avancerede materialer. Men eksperimenter på partier af nanorør, som generelt vokser i et væld af typer, undlod at afsløre, hvorfor det var der.

Oprindelsen af ​​toppen var ikke til at forklare, fordi forskerne kun var i stand til at eksperimentere med blandede partier af nanorørtyper, sagde Qi Zhang, en kandidatstuderende i Konos gruppe og hovedforfatter af papiret. "Alt det tidligere arbejde blev udført med en blanding af halvledende og metalliske rør. Vi er de første til klart at identificere den plasmoniske natur af denne terahertz-respons, " han sagde.

Rice's voksende ekspertise i at adskille nanorør efter type gjorde det muligt for Kono og hans gruppe at teste for terahertz-toppe i partier af rene metalliske nanorør kendt som "lænestole" såvel som ikke-metalliske, halvledende rør.

"Nanorør af metallisk kulstof forventes at vise plasmonresonans i terahertz- og infrarødområdet, men ingen gruppe har klart påvist eksistensen af ​​plasmoner i kulstofnanorør, " sagde Zhang. "Tidligere, folk foreslog en mulig forklaring - at terahertz-toppen skyldes interband-absorption i de små båndgab i halvledende nanorør. Det afviste vi i denne avis."

Plasmoner er frie elektroner på overfladen af ​​metaller som guld, sølv eller endda aluminium nanopartikler, der, når den udløses af en laser eller anden ekstern energi, krusning som bølger i en dam. Stærke bølger kan udløse plasmonresponser i tilstødende nanopartikler. De bliver undersøgt hos Rice og andre steder til brug i sofistikerede elektroniske og medicinske applikationer.

Kono-gruppens forskning viste, at plasmoner rislede ved terahertz-frekvenser kun langs længden af ​​et nanorør, men ikke på tværs af dens bredde. "Den eneste måde ladebærere kan bevæge sig rundt på er i den lange retning, " sagde Kono. Forskerne brugte tidligere denne kendsgerning til at demonstrere, at justerede kulstofnanorør fungerer som en fremragende terahertz-polarisator med bedre ydeevne end kommercielle polarisatorer baseret på metalliske gitter.

Nanorør kan være tusindvis af gange længere, end de er brede, og evnen til at dyrke dem (eller skære dem) til specifikke længder eller at dope halvledende nanorør for at tilføje frie bærere ville gøre rørene meget tunbare til terahertz-frekvenser, sagde Kono.

"Dette papir præciserer kun oprindelsen af ​​denne effekt, sagde han. Nu hvor vi forstår det, der er så meget at lave. Vi vil lave forskellige terahertz-enheder, arkitekturer og systemer baseret på kulstof nanorør plasmoner."