激光网3月22日消息，一片平坦的原子可以充当一种天线，吸收光并将其能量汇集到碳纳米管中，使它们发出明亮的光芒，这一进展可能有助于开发利用量子效应的微型未来发光设备。
碳纳米管类似于直径只有一纳米左右的非常细的空心线。它们可以通过各种方式产生光。例如，激光脉冲可以激发材料内带负电的电子，留下带正电的“空穴”。这些相反的电荷可以配对形成一种称为激子的能量态，在将其能量释放为光之前，它可以沿着纳米管传播相对较远。
原则上，可以利用这种现象来制造高效的纳米级发光器件。
不幸的是，使用激光在碳纳米管内产生激子存在三个障碍。首先，激光束通常比纳米管宽1000倍，因此其能量实际上很少被材料吸收。其次，光波必须与纳米管完美对齐，才能有效地传递能量。最后，碳纳米管中的电子只能吸收非常特定波长的光。
为了克服这些限制，由RIKEN纳米级量子光子学实验室的Yuichiro Kato领导的团队转向了另一类纳米材料，称为2D材料。这些平板只有几个原子厚，但它们可以比激光束宽得多，并且在将激光脉冲转换为激子方面要好得多。
研究人员在由绝缘材料雕刻而成的沟渠上生长碳纳米管。然后，他们将原子薄的二硒化钨薄片放在纳米管的顶部。当激光脉冲击中这个薄片时，它们产生的激子沿着纳米管的长度移动到纳米管中，然后释放出比激光波长更长的光。每个激子从二维材料进入纳米管只需要万亿分之一秒。
通过测试具有一系列不同结构的纳米管，这些结构会影响材料内的关键能级，研究人员确定了理想的纳米管形式，这些纳米管形式有助于从2D材料转移激子。基于这一结果，他们打算在原子薄尺度上使用能带工程来实现具有卓越性能的器件。“当能带工程应用于低维半导体时，有望出现新的物理特性和创新功能，”Kato说。
“我们希望利用这个概念来开发只有几个原子层厚的光子和光电器件，”加藤补充道。“如果我们能够将它们缩小到原子薄的极限，我们预计会出现新的量子效应，这可能对未来的量子技术有用。
