Hiilinanoputki yhdistää valon ja aineen

Tutkimuksissaan optoelektroniikan nanomateriaaleista, Heidelberg Universityn ja University of St Andrewsin tutkijat ovat onnistuneet ensimmäistä kertaa osoittamaan vahvaa valon ja aineen vuorovaikutusta puolijohtavassa hiilinanoputkissa.

Orgaaniset puolijohteet, jotka perustuvat hiileen ovat edullisia ja energiatehokkaita vaihtoehtoja perinteisille epäorgaanisille puolijohteille kuten piille. Näistä materiaaleista koostuvia valodiodeja löytyy nykyään lähinnä vain älypuhelimen näytöistä. Muiden sovellusalueiden komponentit esimerkiksi valotekniikassa, tiedonsiirrossa ja aurinkokennoissa ovat tällä hetkellä vasta prototyyppivaiheessa.

Toistaiseksi ei ole ollut mahdollista tuottaa yhtä tärkeää osa optoelektroniikan orgaanisista materiaaleista – sähköisesti pumpattavaa laseria. Tärkein syy on, että orgaanisilla puolijohteilla on vain rajallinen kapasiteetti varauksen siirrolle.

Professori Jana Zaumseil kertoo, että tutkimukset ovat viime vuosina keskittyneet yhä enemmän laserin tapaisiin valoemissioihin, jotka tulevat orgaanisista puolijohteista perustuen valo-aine kytkentään. Jos fotonit (valo) ja viritykset (aine) saadaan vuorovaikuttamaan riittävästi, ne pariutuvat niin vahvasti, että tuottavat ns. eksitoni-polaritoneja. Nämä ovat näennäis-hiukkasia, jotka myös emittoivat valoa.

Tietyissä olosuhteissa nämä emissiot voivat saada laservalomaisia ominaisuuksia. Yhdessä riittävän nopean varaussiirron kanssa, eksitoni-polaritonit voivat tuoda sähköisesti pumpatun hiilipohjaisen laserin toteutuksen ulottuvillemme, toteaa Jana Zaumseil Heidelbergin yliopistosta.

Toisin kuin muut orgaaniset puolijohteet putkimaiset hiilirakenteet kuljettavat sekä positiivisia että negatiivisia varauksia erittäin hyvin.

Mahdollisen telealueen laservalon generoinnin lisäksi, eksiton-polariton antaa mahdollisuuden muuttaa hiilinanoputkien emittoiman valon aallonpituutta laajalla lähi-infrapunan alueella.

Aiheesta aiemmin:

Epätavallisia valoilmaisimia