Een team van onderzoekers van de Universiteit van Osaka, TU Wenen, Nanyang Technologische Universiteit, Rijst Universiteit, University of Alberta en Southern Illinois University-Carbondale komt dichter bij het ontrafelen van de fysica van quasideeltjes in koolstofnanobuisjes.

Koolstof nanobuisjes (CNT's), een model eendimensionaal (1-D) materiaal dat volledig uit koolstofatomen bestaat, hebben sinds hun ontdekking veel aandacht getrokken vanwege de unieke eigenschappen die voortvloeien uit kwantumopsluitingseffecten. CNT's zijn bestempeld als een van de materialen voor opto-elektronische apparaten van de volgende generatie. Cruciaal voor deze vooruitgang is het begrijpen hoe quasideeltjes - theoretische deeltjes die worden gebruikt om waarneembare verschijnselen in vaste stoffen te beschrijven - zich gedragen en met elkaar omgaan in een 1-D-systeem. Dit vereist een fundamenteel ander model in vergelijking met een conventioneel 3D-materiaal zoals silicium als gevolg van de verminderde dimensionaliteit in CNT's.

"Het was moeilijk om een ​​terahertz-stralingsapparaat te ontwikkelen met een extern hoog elektrisch veld in een specifieke richting naar CNT, ", zegt corresponderend auteur Masayoshi Tonouchi.

Door verschillende experimentele technieken te combineren, het team was in staat om de creatie van gratis ladingdragers in CNT's op verschillende tijdschalen na foto-excitatie direct te onderzoeken. Zeer complexe interacties waarbij verschillende quasideeltjes betrokken zijn, treden op na de eerste foto-excitatie. Deze processen veranderen in de loop van de tijd, en het kunnen onderzoeken van een van de quasideeltjes maakt het gemakkelijker om het hele proces te begrijpen.

Samen met state-of-the-art simulaties, het team was in staat om twee belangrijke mechanismen te identificeren die hun gegevens verklaren en hielp hen een gedetailleerd microscopisch model te ontwikkelen dat quasideeltjesinteracties in een sterk elektrisch veld in CNT's beschrijft.

"We hebben een model voorgesteld waarin aan elektron-gat gebonden quasideeltjes geëxciteerd in de E22-excitonband met hoge energie divergeren naar de lage energieband en een rol spelen in ultrasnelle elektrische geleiding. Dit model verklaarde met succes de experimentele feiten en leidde tot de verduidelijking van de fysieke eigenschappen van CNT's."

Hun resultaten werpen licht op een aantal al lang bestaande problemen in de ultrasnelle dynamiek van CNT, brengt ons dichter bij de realisatie van geavanceerde opto-elektronica op basis van CNT's en andere laagdimensionale materialen.