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太赫兹科学揭示了碳纳米管中的超快光载流子动力学
发布时间:2020-05-14 19:20:09 阅读:70

来源:大阪大学(Osaka University);电子科技大学红外毫米波与太赫兹研究院 郑文杰 编译

图A:基于碳纳米管的光导天线开关和实验装置的示意图。碳纳米管平行于外加电场方向排列。图片来源:美国化学学会

    来自大阪大学,维也纳工业大学,南洋理工大学,莱斯大学,艾伯塔大学和伊利诺伊州南部大学-卡本代尔分校的研究团队更接近于阐明碳纳米管中的准粒子的物理性质。

    自从被发现以来,碳纳米管(CNTs)是一种完全由碳原子组成的模型一维(1D)材料,由于其量子限制效应所产生的独特性质,引起了人们极大的关注。碳纳米管已经被认为是下一代光电器件的材料之一。取得这一进展的关键是要理解准粒子(用来描述固体中可观察的现象的理论粒子)在一维系统中是如何行为并相互作用的。由于碳纳米管的尺寸减小,与传统的三维材料(比如硅)相比,这需要一种从根本上不同的模型。

    “很难开发出一种在碳纳米管特定方向具有外部高电场的太赫兹辐射装置。”通讯作者Masayo-shi Tomouchi说道。

    通过结合不同的实验技术,该团队能够在光激发后的不同时间尺度上直接探测碳纳米管中自由电荷载体的产生。初始光激发后,会发生涉及不同类粒子的非常复杂的相互作用。这些过程会随着时间而变化,并且能够探测一种准粒子使人们更容易理解整个过程。

图B.实验观察到的正向和反向偏压下的太赫兹发射波形。图片来源:美国化学学会

    通过最先进的模拟,该团队能够确定两种解释其数据的关键机制,并帮助他们建立了详细的微观模型,以描述在碳纳米管的强电场中的准粒子相互作用。

    “我们提出了一个模型,在该模型中,在高能E22激子能带中激发的电子-空穴结合准粒子发散到低能带,并在超快电导中起作用。该模型成功地解释了实验事实并澄清了碳纳米管的物理特性。”

    他们的研究结果揭示了碳纳米管超快动力学中许多长期存在的问题,使我们更接近实现基于碳纳米管和其他低尺寸材料的先进光电技术。

 
 

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