在碳纳米管的量子威尔斯引发的等离子体

莱斯大学和东京都立大学的科学家们说，在碳纳米管膜中观察到的一种新的量子效应可能导致独特的激光和其他光电器件的发展。

米东京小组报告了利用单壁碳纳米管作为量子离域的操纵量子尺度光的能力的进展。

现象在物理学家Junichiro Kono的实验室发现水稻可以重点发展光电子器件如纳米、近红外激光器发射连续梁在波长过短会由目前的生产技术。

该项目是在一种能够实现碳纳米管在晶片非常紧密排列河野集团发现后，大小的电影。这些电影允许实验，太难进行单或纠结的聚集体的纳米管和引起了东京的物理学家Kazuhiro Yanagi的注意，他研究凝聚态物理，纳米材料。

“他把门控技术（这在纳米管薄膜控制电子的密度），和我们提供的定位技术，”Kono说。“这是我们第一次制造出一个大面积的定向纳米管，它允许我们注入和取出大量的自由电子。”

“这门技术很有趣，但纳米管随机取向的我用过的电影，”Yanagi说。“这种情况非常令人沮丧，因为我无法准确了解这种薄膜中纳米管的一维特性，这是最重要的。这只能由科诺集团提供的电影的神奇之处在于它们让我们来解决这个问题。”

他们的联合技术让他们把电子泵到比纳米宽稍多一点的纳米管，然后用偏振光激发它们。碳纳米管的宽度捕获了量子威尔斯中的电子，其中原子和亚原子粒子的能量被“限制”到某些状态或子带。

然后光线促使他们在墙壁之间快速振荡。有足够的电子，Kono说，他们开始作为等离子体。

“等离子体是在密闭结构集体电荷振荡，”他说。“如果你有一个板，一部电影，一条缎带，一粒或一个球体和你扰乱系统（通常有一束光），这些免费的运营商集体行动与特征频率。”的效果是由电子数确定的对象的大小和形状。

因为在水稻试验纳米管很薄，之间的量化的子带能量与等离子体的能量，Kono说。“这是等离子体量子政权，那里的子带间跃迁称为子带间的等离子体。人们已经在远红外波长范围内研究了人工半导体量子威尔斯，但这是第一次在自然发生的低维材料中观察到，而且波长很短。

在电浆反应中检测一个非常复杂的栅极电压依赖性是令人惊讶的，因为它在金属和半导体单壁纳米管中的出现。“通过对光管的相互作用的基本理论，我们能够得出一个共振的能量公式，”Kono说。令我们惊讶的是，这个公式很简单。只有纳米管的直径很重要。”

研究人员认为这种现象会导致通信设备先进，光谱和成像，以及高度可调的近红外量子级联激光器。

而传统的半导体激光器取决于激光材料的带隙宽度，量子级联激光器不，魏璐高说，在和Kono的集团是率先装置开发利用排列的碳纳米管的博士后研究报告的合著者。“波长与空隙无关，”他说。“我们的激光将属于这一类。只要改变纳米管的直径，我们就可以调谐等离子体共振能量而不必担心带隙。

科诺还预计，门控和排列的碳纳米管膜会给物理学家的机会学习Luttinger液体，相互作用的电子在一维导体理论收藏。

“一维金属预计将从二维和三维非常不同，”Kono说。“碳纳米管是一些观察Luttinger液体行为的最佳人选。研究单根管很困难，但我们有一个宏观的一维系统。通过掺杂或门控，我们可以调整费米能级。我们甚至可以把一维半导体转换成一维金属。因此，这是研究这种物理现象的理想系统。

Yanagi，一个在东京都立大学凝聚态物理学教授，是该论文的第一作者。共同作者的研究生Ryotaro Okada，研究生Yota Ichinose和Yohei Yomogida，一个凝聚态物理学助理教授，在东京，和研究生Fumiya Katsutani在水稻。科诺是电气和计算机工程教授，天文学和物理学、材料科学和纳米工程和。

这项研究是由日本协会支持的援助科学给予晋升（kakenhi）补助，一个日本科学技术的核心研究演化的科学和技术资助，山田科学基金会和美国能源部基础能源科学项目，美国国家科学基金会和韦尔奇基金会的罗伯特。