碳纳米管中新的激子相互作用

研究小束碳纳米管的纳米技术研究人员发现了一种光学特征，显示出与单个纳米管结合的激子伴随着激子穿过密切相互作用的纳米管。量子隧道效应可能影响碳纳米管网络中的能量分布，对发光薄膜和光捕获应用具有影响。

“在碳纳米管中观察这种行为表明，有可能在更复杂的多层半导体和半导体金属异质结构中检测和控制类似的响应，”洛斯阿拉莫斯综合纳米技术中心的Stephen Doorn说。该研究最近发表在Nature Communications上。

碳纳米管是石墨烯的圆柱体，其原子排列成六边形。它们作为近红外光发射器和用于电子和光电子应用的纳米级半导体材料而受到关注。

激子有效地将碳纳米管中的能量作为紧密结合的负电荷和正电荷(电子和空穴)对携带。当光被材料吸收时会产生激子。纳米材料的各个元素之间的相互作用可以产生新的紧急行为，例如激子凝聚。碳纳米管intertube激子 - 管之间隧道的激子 - 增加了观察到的激子行为的范围。

研究成果

在该研究中，来自洛斯阿拉莫斯国家实验室，纳米技术综合中心和国家标准与技术研究所的合作研究小组表明，拉曼光谱(一种光散射形式)可以提供更广泛的管间激子表征。该团队使用化学分离来分离单一类型的碳纳米管结构的样品。然后将这些样品中的纳米管捆束以迫使各个纳米管之间的相互作用。

为了分析碳纳米管激子能量，该团队测量了拉曼散射光的强度，因为它们改变了光的波长。令人惊讶的是，该团队在捆绑的碳纳米管的拉曼剖面中发现了一个以前未被观察到的尖锐特征。对于非相互作用的单个碳纳米管，未发现这种意外的特征。

理论分析表明，由单个碳纳米管结构组成的束中产生的独特填充几何形状导致紧密相互作用的碳原子链。这些链促进了intertube激子的形成。进一步的分析表明，管间激子本身不能以产生尖锐特征的方式与光相互作用。相反，在管间激子和管内激子之间的相互作用导致激子散射过程伴随着量子干涉。这种干涉导致尖锐的不对称特征，称为在拉曼测量中识别的Fano共振。

该团队的研究结果现在将这种行为推广到碳纳米管组件中的一类新的激子响应，表明这种行为可以在更广泛的二维量子复合材料中找到。