中國粉體網訊  碳基納米材料的特性可以通過有意引入某些結構“缺陷”來改變和設計。然而，挑戰是控制這些缺陷的數量和類型。德國海德堡大學的科學家們已經演示了一種新反應途徑控制這種缺陷。這會導致特定的光學活性缺陷——所謂的sp3缺陷——更發光并可以發射單光子。近紅外光的有效發射對于遠程通信和生物成像具有重要意義。

碳納米管的光學性質可以通過缺陷設計得到改善。

圖片來源：Simon Settele/海德堡大學

通常，缺陷被認為是“壞”的東西，它會對材料的性能產生負面影響。然而，在某些納米材料中，例如碳納米管，這些缺陷可以產生一些“好的”東西，并使新功能成為可能。在這里，精確的缺陷類型是至關重要的。碳納米管由卷起來的六邊形sp2碳原子晶格片組成，這些空心管直徑約為一納米，長可達幾微米。

通過一定的化學反應，晶格中的幾個sp2碳原子可以轉化為sp3碳。這改變了碳納米管的局部電子結構，并導致了一個光學活性缺陷。這些sp3缺陷在近紅外波段發出的光更遠，總體上比未被功能化的納米管更發光。

由于碳納米管的幾何形狀，引入sp3碳原子的精確位置決定了缺陷的光學性質。“不幸的是，到目前為止，對缺陷形成的控制還非常有限。”海德堡大學教授Jana Zaumseil說。

Zaumseil團隊展示了一種新的化學反應途徑，該途徑能夠控制缺陷并選擇性地產生一種特定類型的sp3缺陷。這些光學活性缺陷比之前引入的任何缺陷都“更好”。Zaumseil解釋說，它們不僅更發光，而且在室溫下還顯示出單光子發射。在這個過程中，一次只能發射一個光子，這是量子密碼學和高度安全通信的先決條件。

專家認為，能夠制造出具有特定缺陷和缺陷密度且可控的大量納米管，為光電器件和電泵單光子源發展鋪平了道路。相關論文近日刊登于《自然—通訊》。

（中國粉體網編輯整理/黑金）

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