(Phys.org) -Koolstofnanobuizen dragen plasmonische signalen in het terahertz-bereik van het elektromagnetische spectrum, maar alleen als ze van nature metaalachtig of gedoteerd zijn.

Bij nieuw onderzoek het Rice University-laboratorium van fysicus Junichiro Kono weerlegde eerdere theorieën dat de dominante terahertz-respons afkomstig is van halfgeleidende nanobuisjes met nauwe openingen.

Wetende dat metalen of gedoteerde nanobuizen reageren met plasmonische golven op terahertz-frequenties, opent de mogelijkheid dat de buizen kunnen worden gebruikt in een breed scala aan opto-elektronische versterkers, detectoren, polarisatoren en antennes.

Het werk van Kono en zijn Rice-collega's verscheen onlangs online in het tijdschrift American Chemical Society Nano-letters .

Wetenschappers zijn zich al lang bewust van een terahertz-piek in nanobuisjes, de kleine cilinders van opgerolde koolstof die zoveel belofte inhouden voor geavanceerde materialen. Maar experimenten met batches nanobuisjes, die over het algemeen groeien in een willekeurig scala aan soorten, kon niet onthullen waarom het daar was.

De oorsprong van de piek was niet te verklaren omdat onderzoekers alleen konden experimenteren met gemengde batches nanobuisjes, zei Qi Zhang, een afgestudeerde student in Kono's groep en hoofdauteur van het artikel. "Al het eerdere werk werd gedaan met een mengsel van halfgeleidende en metalen buizen. We zijn de eersten die duidelijk de plasmonische aard van deze terahertz-respons hebben geïdentificeerd, " hij zei.

Rice' groeiende expertise in het scheiden van nanobuisjes per type stelde Kono en zijn groep in staat om terahertz-pieken te testen in batches van puur metalen nanobuisjes die bekend staan ​​als "fauteuils" en niet-metalen, halfgeleidende buizen.

"Van metalen koolstofnanobuizen wordt verwacht dat ze plasmonresonantie vertonen in het terahertz- en infraroodbereik, maar geen enkele groep heeft duidelijk het bestaan ​​van plasmonen in koolstofnanobuisjes aangetoond, "Zei Zhang. "Eerder, mensen stelden een mogelijke verklaring voor:dat de terahertz-piek te wijten is aan interbandabsorptie in de kleine bandgaten in halfgeleidende nanobuisjes. Dat hebben we in deze krant verworpen."

Plasmonen zijn vrije elektronen op het oppervlak van metalen zoals goud, zilver of zelfs aluminium nanodeeltjes die, wanneer geactiveerd door een laser of andere externe energie, rimpelen als golven in een vijver. Sterke golven kunnen plasmonreacties veroorzaken in aangrenzende nanodeeltjes. Ze worden bij Rice en elders onderzocht voor gebruik in geavanceerde elektronische en medische toepassingen.

Het onderzoek van de Kono-groep toonde aan dat plasmonen alleen kabbelen op terahertz-frequenties langs de lengte van een nanobuis, maar niet over de breedte. "De enige manier waarop ladingdragers zich kunnen verplaatsen, is in de lange richting, "Zei Kono. De onderzoekers gebruikten dit feit eerder om aan te tonen dat uitgelijnde koolstofnanobuizen fungeren als een uitstekende terahertz-polarisator met betere prestaties dan commerciële polarisatoren op basis van metalen roosters.

Nanobuisjes kunnen duizenden keren langer zijn dan breed, en het vermogen om ze tot specifieke lengtes te laten groeien (of te knippen) of om halfgeleidende nanobuisjes te dopen om vrije dragers toe te voegen, zou de buizen zeer afstembaar maken voor terahertz-frequenties, zei Kono.

"Dit artikel verduidelijkt alleen de oorsprong van dit effect, "zei hij. "Nu we het begrijpen, er is zoveel te doen. We gaan verschillende terahertz-apparaten maken, architecturen en systemen op basis van koolstofnanobuisplasmonen."