(Phys.org) - Een LANL-team en medewerkers hebben vooruitgang geboekt in het begrip van hoe koolstofnanobuisjes ladingen verplaatsen die door licht worden gecreëerd. Het onderzoek heeft toepassingen voor goedkope, volledig op koolstof gebaseerde fotovoltaïsche en lichtdetectie-elementen. Hun werk meet het transport van excitonen (excitonen zijn kleine pakketjes energie bestaande uit positieve en negatieve ladingen) in koolstofnanobuisjes bij kamertemperatuur in een colloïdale omgeving. Een colloïde is een stof die gelijkmatig over een andere stof is verdeeld, meestal met deeltjes tussen 1 en 1, 000 nanometer groot. De aard van de colloïdale omgeving beïnvloedt het transport van ladingsneutrale excitonen langs de ruggengraat van een koolstofnanobuisje.

Het excitontransport wordt beschreven als "wanorde-beperkt, " wat betekent dat de beweging van het excitonpakket wordt beperkt vanwege de aard van de omgeving die aan het oppervlak van de nanobuis is bevestigd. Excitonen kunnen alleen heen en weer gaan omdat ze beperkt zijn tot het buisoppervlak, vergelijkbaar met een schip dat een smalle rivier afvaart die niet kan draaien, maar alleen vooruit of achteruit kan. In dit systeem, de excitonen reizen een paar nanometer in elke richting voordat ze omkeren.

Het onderzoeksteam ontdekte dat de aard van het raakvlak tussen de buis en de omgeving er omheen een grote invloed heeft op de efficiëntie van dit heen en weer transport. Door de colloïdale omgeving voor bepaalde factoren te beheersen (sommige colloïdale stoffen kunnen het transport bevorderen), ze stellen voor dat excitonen een factor vijf verder kunnen reizen dan ze anders zouden doen. In hun experimenten, excitonen reisden in koolstofnanobuisjes die groter zijn dan die van enig ander bekend materiaal, en dat deden ze bij kamertemperatuur.

Begrijpen welke factoren de excitonstroom bepalen, is belangrijk voor fotovoltaïsche toepassingen waar neutrale excitaties die door zonlicht worden geproduceerd, naar een interface moeten gaan waar ze kunnen worden gescheiden in positieve en negatieve ladingen. Deze scheiding creëert een spanning die een batterij zou kunnen opladen. Het geeft ook inzicht in het creëren van effectieve lichtverzamelende materialen.

Nano-letters dit onderzoek gepubliceerd.