Kesalahan aktif secara optik meningkatkan tabung nano karbon

Sifat optik tabung nano karbon, yang terdiri dari kisi heksagonal roll-up atom karbon SP2, dapat diperbaiki dengan kesalahan. Jalur respons baru memungkinkan pembuatan kesalahan S3 aktif secara optik yang dipilih. Ini dapat memancarkan satu foton pada suhu kamar dan bahkan inframerah-dekat. Kredit: Simon Settle (Heidelberg)

Ilmuwan di Heidelberg telah mencapai pengendalian kesalahan melalui jalur reaksi baru.

Sifat bahan nano berbasis karbon dapat dimodifikasi dan direkayasa dengan sengaja memasukkan beberapa “ketidaksempurnaan” struktural atau cacat. Tantangannya, bagaimanapun, adalah untuk mengontrol jumlah dan jenis kesalahan ini. Dalam kasus tabung nano karbon – senyawa tubular kecil secara mikroskopis yang memancarkan cahaya inframerah-dekat – Prof. Dr. Ahli kimia dan fisikawan di Universitas Heidelberg, yang dipimpin oleh John Jaumsil, kini telah menemukan pendekatan reaksioner baru untuk memungkinkan pengendalian kesalahan semacam itu. Ini adalah hasil dari kesalahan aktif optik tertentu – yang disebut kesalahan SP3 – yang dapat memancarkan lebih banyak luminescent dan foton tunggal, partikel cahaya. Emisi cahaya inframerah-dekat yang efisien penting untuk aplikasi telekomunikasi dan pencitraan biologis.

Secara umum kesalahan dianggap sebagai sesuatu yang “buruk” yang berdampak negatif terhadap sifat suatu bahan, sehingga kurang sempurna. Namun, dalam nanometri tertentu seperti nanotube karbon, “ketidaksempurnaan” ini menghasilkan sesuatu yang “baik” dan memungkinkan fungsionalitas baru. Di sini, jenis kesalahan yang benar sangat penting. Karbon nanotube memiliki kisi heksagonal lembaran atom karbon Spanyol, seperti yang juga terjadi di benzena. Tabung berongga ini berdiameter sekitar satu nanometer dan panjang beberapa mikrometer.

Melalui reaksi kimia tertentu beberapa atom karbon SP2 dalam kisi dapat diubah menjadi karbon SP3 yang juga ditemukan dalam metana atau intan. Ini mengubah struktur elektronik lokal dari tabung nano karbon dan menghasilkan kesalahan aktif secara optik. Kesalahan SP3 ini memancarkan lebih banyak cahaya dalam inframerah-dekat dan lebih terang secara keseluruhan daripada tabung nano yang tidak berfungsi. Karena geometri tabung nano karbon, posisi tepat atom karbon SP3 yang dimasukkan menentukan sifat optik cacat. “Sayangnya, sejauh ini sangat sedikit kontrol yang dilakukan atas kesalahan apa yang dibuat,” kata Jana Joomsil, seorang profesor di Institut Kimia Fisik dan anggota Pusat Bahan Lanjutan di Universitas Heidelberg.

Ilmuwan Heidelberg dan timnya baru-baru ini mendemonstrasikan jalur reaksi kimia baru yang memungkinkan kontrol kesalahan dan pemilihan jenis kesalahan SP3 tertentu saja. Error yang aktif secara optik ini “lebih baik” daripada “ketidaksempurnaan” yang diperkenalkan sebelumnya. Profesor Jaumsil menjelaskan bahwa tidak hanya lebih bercahaya, mereka juga menunjukkan emisi foton tunggal pada suhu kamar. Dalam proses ini, hanya satu foton yang dipancarkan pada satu waktu, yang merupakan prasyarat untuk kriptografi kuantum dan telekomunikasi yang sangat aman.

Menurut Simon Settel, seorang mahasiswa doktoral dalam kelompok penelitian Profesor Jaumsil dan penulis pertama makalah yang melaporkan hasil ini, metode fungsi baru ini – penambahan nukleofilik – sangat sederhana dan tidak memerlukan peralatan khusus. “Kami baru mulai mengeksplorasi aplikasi potensial. Banyak aspek kimiawi dan fisis foto masih belum diketahui. Tapi tujuannya adalah membuat kesalahan yang lebih baik. “

Dipimpin oleh Profesor Joumsil dan didanai oleh ERC Consultant Grant dari European Research Council (ERC), proyek ini merupakan bagian dari proyek “Trians and SP3-Defects in Single-Wall Carbon Nanotubes for Optic Electronics”. Tujuannya adalah untuk memahami dan merekayasa sifat elektronik dan optik dari cacat tabung nano karbon.

“Perbedaan kimiawi antara cacat ini tidak kentara dan konfigurasi pengikatan yang diinginkan biasanya terbentuk dalam sebagian kecil tabung nano. Mampu menghasilkan sejumlah besar nanotube dengan kesalahan spesifik dan kerapatan cacat terkontrol membuka jalan bagi perangkat laktonik optik serta sumber foton tunggal yang dipompa listrik, yang penting untuk aplikasi masa depan dalam kriptografi kuantum, kata Profesor Jaumsil.

Ilmuwan dari Universitas Ludwig Maximilian di Munich dan Pusat Sains dan Teknologi Kuantum Munich juga terlibat dalam penelitian ini. Hasilnya dipublikasikan di jurnal Komunikasi dengan alam.

Referensi: “Kontrol sintetis atas konfigurasi pengikatan bercahaya SPDSimon Settlel, Felix J. Berger, Sebastian Lindental, Shen Zhao, Abdur Rahman Al El Yamin, Nicholas F. Jorn, Andika Asiuda, Michael Jarnikov, Alexander Hazel dan Jana Joumsil, 9 April 2021. Komunikasi dengan alam.
DOI: 10.1038 / s41467-021-22307-9

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Alat-alat baru dibutuhkan untuk mencegah pandemi penyakit tanaman

Mengamati penyakit tanaman dapat mengungkapkan keamanan pangan. Penyakit tanaman tidak berhenti di perbatasan negara, dan kilometer lautan juga tidak mencegah penyebarannya. Itulah mengapa pengawasan...

Ilmuwan Menjelajahi Tesla Roads Jangan Ambil – Dan Temukan Kekuatan Baru Berguna dalam Penemuan Centennial

Foto eksposur ganda Nikola Tesla pada bulan Desember 1899 duduk di laboratoriumnya di Colorado Springs di sebelah kaca pembesar generator tegangan tinggi sementara mesin...

Untuk Mempercepat Akses, Mikroskopi yang Sangat Dapat Diputar Meninggalkan “Di Bawah Kisi”

Contoh desain ubin yang digunakan pada ulat percobaan C. elegans. Mesin non-grid memberi model fleksibilitas sementara untuk dengan cepat memasuki lingkungan yang menyenangkan....

Lingkar Kuno Munculnya Tektonik Lempeng Data 3,6 Miliar Tahun Lalu – Peristiwa Penting untuk Memperkaya Kehidupan Bumi

Zirkonia yang dipelajari oleh tim peneliti, difoto menggunakan katodoluminesensi, memungkinkan tim untuk melihat bagian dalam kristal menggunakan mikroskop elektron khusus. Lingkar zirkon adalah...

Bisakah kita mengurangi kecanduan opioid? [Video]

Pada 2017, jutaan orang di seluruh dunia kecanduan opioid dan 115.000 meninggal karena overdosis. Opioid adalah obat penghilang rasa sakit paling manjur yang kita miliki,...

Newsletter

Subscribe to stay updated.