حل راز نانولوله‌های کربنی آرمچیر

محققان دانشگاه رایس دریافتند که اجسام هیدروژن مانندی به‌نام اگزایتون
موجب رنگ منحصر به‌فرد در نانولوله‌های آرمچیر می‌شود. آنها نتایج یافته‌های
خود را در نشریه American Chemical Society به چاپ رساندند.

نانولوله‌های کربنی آرمچیر که به‌دلیل پیکربندی U شکلی که دارند به این نام
رایج بوده، خاصیت فلزی داشته و فاقد باندگپ هستند. در واقع الکترون می‌تواند
با کمترین مقاومت از آنها عبور کند.

محققان دانشگاه رایس دریافتند که این نانولوله‌ها نور را همانند نیمه‌هادی‌ها
جذب می‌کنند. جونیکیوز کونو می‌گوید یک الکترون با جذب فوتون از حالت ساکن
به حالت هادی در آمده و موجب تشکیل یک حفره با بار مثبت می‌شود. این جفت
الکترون-حفره تشکیل یک اگزایتون داده و بار خنثی به‌خود می‌گیرد.

اریک هاروز نویسنده اول این مقاله می‌گوید اگزایتون‌ها توسط جذب طول موج
ویژه‌ای از نور ایجاد می‌شوند، آنچا که شما مشاهده می‌کنید در واقع نوری
است که این مواد را ترک می‌کنند. قطر نانولوله‌های کربنی تعیین می‌کند که
چه بخش از نور مرئی جذب شود. این جذب نور عامل رنگ رنگین‌کمانی موجود در
میان توده‌های مختلف نانولوله‌های کربنی است.

دانشمندان دریافتند که نانوذرات طلا و نقره می‌تواند دستکاری شده و نوارهای رنگی
مختلفی را منعکس کند. بسته به اندازه ذرات، آنها قادرند رنگ‌های مختلفی را جذب کرده
و نشر دهند که به این پدیده رزونانس پلاسمایی گفته می‌شود. در بسیاری از موارد
محققان مشاهده کرده‌اند که نانوذرات نیمه‌هادی موسوم به نقاط کوانتومی بر اساس
پهنای باندشان ملوَن می‌شوند.

تیم تحقیقاتی کونو دریافت که اگزایتون‌ها منبع رنگ در نانولوله‌های کربنی آرمچیر
معلق شده در یک محلول هستند. نتایج این تحقیق با یافته‌های پیشین در تناقض است دلیل
این امر آن است که اگزایتون‌ از ویژگی‌های مواد نیمه‌هادی است نه فلزات. کونو می‌گوید
نانولوله‌های کربنی آرمچیر فاقد باند گپ بوده اما دارای ساختار الکترونیکی منحصر به‌فردی
بوده که برای جذب طول موج‌های ویژه‌ای مناسب هستند. در این نانولوله‌ها، لایه ظرفیت
و هدایت به‌هم برخورد می‌کنند که باعث می‌شود نانولوله، دارای خواص فلزی شود. این
باندها توسعه یافته چیزی به‌نام یگانگی وان هوف را ایجاد می‌کنند. بنابراین حالت‌های
الکترونیکی زیادی اطراف این یگانگی متمرکز می‌شود. زمانی که نور با نانولوله‌ها
برخورد می‌کند، رزونانس اگزایتون‌ها در اطراف این یگانگی‌ها ایجاد می‌شوند. در
بیشتر فلزات نیروی برهمکنش کلومبی میان الکترون و حفره به‌قدر کافی قوی نیست تا
اگزایتون‌ها پایدار شوند. یکی از نتایج جانبی این پروژه آن بود که محققان توانستند
نانولوله‌های کربنی آرمچیر خالص را از روش‌های مختلف تولید کنند.