Carbon nanorør omdanner elektrisk strøm til kvasi-partikler af let stof

Materialeforskere og fysikere fra Heidelberg University (Tyskland) og University of St Andrews (Skotland) har demonstreret elektrisk produktion af hybrid-lysstofpartikler, såkaldte exciton-polaritoner, ved hjælp af felt-effekt transistorer med halvledende carbon nanorør integreret i optiske mikro-hulrum.

Den ekstraordinære stabilitet af disse transistorer muliggjorde elektrisk pumpning med hidtil usete hastigheder, som baner vejen for elektrisk pumpede lasere med løsningsforarbejdede og kulstofbaserede halvledere. Da emissionen af ​​disse lyskilder kan indstilles på tværs af en lang række af det nær-infrarøde spektrum, dette arbejde har et særligt løfte om applikationer inden for telekommunikation.

Disse resultater, udgivet i Naturmaterialer , er det seneste resultat af et frugtbart samarbejde mellem professor dr. Jana Zaumseil (Heidelberg) og professor dr. Malte C. Gather (St. Andrews).

Forskning på optoelektroniske enheder, der bruger kulstofbaserede og organiske materialer, har ført til en række nye anvendelser, såsom organiske lysemitterende dioder for energieffektive, lyse smartphones og skærme og fjernsyn i høj opløsning.

Imidlertid, trods den hurtige udvikling på dette område, elektrisk pumpet lasning fra organiske materialer er stadig undvigende. En stor udfordring er at generere de høje pumpehastigheder, der kræves til lasning. For nylig, såkaldte polariton-lasere har fået stor opmærksomhed, da de giver en ny og potentielt mere effektiv måde at generere laserlignende lys på.

I stedet for at stole udelukkende på fotoner som i en konventionel laser, polaritonlaseren bruger fotoner, der er stærkt koblet til materialets ophidsede tilstande. Denne sammenkoblede karakter af polaritonerne kan lette genereringen af ​​laserlignende lys, hvis der kunne opnås høje tilstrækkelige strømtætheder.

Tidligere viste det samme team, at det er muligt at danne polaritoner i halvledende carbon -nanorør ved stuetemperatur ved ekstern optisk excitation. I deres seneste arbejde, forskerne fandt nu en måde at generere polaritoner elektrisk på.

For at opnå dette, de udviklede en kulstof-nanorørbaseret lysemitterende felt-effekt-transistor, der var indlejret mellem to metalspejle i umiddelbar nærhed, der fungerede som et optisk mikro-hulrum. I en sådan anordning er strømmen vinkelret på den optiske feedback, som gør, at begge kan optimeres uafhængigt.

På grund af den ekstreme stabilitet og høje ledningsevne, der leveres af carbon nanorørene i denne enhed, nuværende tætheder størrelsesordener over alle tidligere rapporterede værdier blev opnået. Beregninger af ph.d. -studerende Arko Graf, en af ​​de første forfattere til undersøgelsen, vise, at med yderligere forbedringer af enhedsarkitekturen, elektrisk pumpet polaritonlasing vil være inden for realistisk rækkevidde.

Professor Zaumseil forklarer:"Udover den potentielle generation af laserlys, disse enheder kan også bruges til reversibel indstilling mellem stærk og svag lysstofkobling, som åbner en rute til mere grundlæggende undersøgelser. "

Professor Gather tilføjede:"Vores nysgerrighed efter at forstå, hvad der sker, når vi kombinerer skræddersyede nanomaterialer med fotoniske strukturer af høj kvalitet, er virkelig det, der driver dette samarbejde."

Papiret "Elektrisk pumpning og tuning af exciton-polaritoner i carbon nanorørmikrohuler" af A. Graf, M. holdt, Y. Zakharko, L. Tropf, M.C. Gather og J. Zaumseil udgives online i 17. juli 2017 -udgaven af Naturmaterialer .