اخیراً محققانی از گروه علم و فناوری‌نانو در مرکز تحقیقاتِ توماس جی‌واتسونِ IBM، به‌صورت تجربی به تابش نوری کنترل‌شده از نانولوله‌های کربنی دست یافته‌اند. به این منظور، دکتر فنگنیان اکسیا و همکارانش از نتایج نظری پیشین خود در زمینه افزودن نانولوله‌ها به یک میکرومحفظه بهره گرفته‌اند. این نخستین گام مهمی است که در جهت توسعه امیترهای نوری نانومقیاسِ مبتنی بر نانولوله‌های کربنی برداشته شده‌است.
ساخت امیتر نوری مولکولی با نانولوله کربنی تک‌جداره
اخیراً محققانی از گروه علم و فناوری‌نانو در مرکز تحقیقاتِ توماس جی‌واتسونِ IBM، به‌صورت تجربی به تابش نوری کنترل‌شده از نانولوله‌های کربنی دست یافته‌اند. به این منظور، دکتر فنگنیان اکسیا و همکارانش از نتایج نظری پیشین خود در زمینه افزودن نانولوله‌ها به یک میکرومحفظه بهره گرفته‌اند. این نخستین گام مهمی است که در جهت توسعه امیترهای نوری نانومقیاسِ مبتنی بر نانولوله‌های کربنی برداشته شده‌است.
دانشمندان IBM از سال‌ها قبل در حال اصلاح نانولوله‌های کربنی برای کاربردهای نوری بوده‌اند. آنها در سال ۲۰۰۳ یک امیتر نوری حالت جامد تک‌مولکولی را ساختند که از نانولوله‌های کربنی تک‌جداره تشکیل شده بود. در آن زمان، این محققان عنوان کرده بودند که امیترهای نوری نانولوله کربنی، این قابلیت را دارند که در قالب آرایه‌ها و یا به‌صورت ادغام‌شده با نانولوله کربنی یا اجزای الکترونیکی سیلیکونی ساخته شوند و به این شکل، کاربردهای جدیدی در الکترونیک و الکترونیکِ نوری به وجود بیاورند
اکسیا درباره امیترهای نوری نانومقیاس گفت:«نانولوله‌های کربنی نیمه‌رسانا دارای باندگپِ مستقیم هستند و به همین دلیل می‌توان از آنها به‌عنوان امیترهای نوری نانومقیاس استفاده کرد؛ البته نور تابش‌شده از نانولوله‌ها دارای طیفی گسترده بوده و از لحاظ فضایی، غیر محدود است و بازده تابشی پایینی دارد. به‌منظور رفع این مشکلات، ما یک میکرومحفظه را با یک امیتر نانولوله‌ای که دارای تغذیه الکتریکی است، همراه نمودیم».
افزودن نانولوله‌های کربنی به یک میکرومحفظه نوری یک راهکار امیدوارکننده برای کنترل و ارتقای خصوصیات تابشی آنهاست. به کمک کنترل خصوصیاتی چون طول موج تابشی، پهنای طیف، جهت تابش و بازده تابشی، می‌توان از نانولوله‌های کربنی در مدارهای نانوفوتونیک مجتمع بهره گرفت. از امیترهای نانولوله‌ای محفظه‌دار می‌توان در آینده در اپتیک کوانتومی، ارتباطات کوانتومی و مدارهای نانوفوتونیک مجتمع و نهایتاً در ساخت نانولیزرهای روی‌‌تراشه(on-chip) آستانه‌پایین استفاده کرد.
اکسیا گفت:«گرچه پیش از این برای اصلاح خصوصیات تابشی نور به مراتب از محفظه‌های نوری استفاده شده بود؛ مجتمع‌سازی یک امیتر نوری نانولوله کربنی که دارای تغذیه الکتریکی است با یک محفظه نوری قبلاً انجام نگرفته بود».
در ابزاری که این گروه نمایش‌داده‌اند، اکسیا و همکارانش یک امیتر نانولوله‌ای را در میان یک میکرومحفظه نیم‌طول موجِ نوری مسطح قرار دادند تا به این وسیله، برهم‌کنش بین دوقطبی امیتر و میدان محفظه را بیشینه کنند. آنها از رسوب‌دهی لایه اتمی دماپایین(ALD) استفاده کرده، به کمک آن، کیفیت توده‌های دی‌الکتریک را‌ـ‌که هم به‌عنوان ماده محفظه نوری و هم به‌عنوان دی‌الکتریکِ گیت در امیترِ نانولوله‌ای عمل می‌کنند‌ـ ارتقا دادند.
اکسیا اشاره کرد که امیترهای نوری نانولوله‌ای یکپارچه‌ای که با محفظه‌های نوری دارای فاکتورِ Q بالا، ادغام می‌شوند حوزه تحقیقاتی مهمی را ایجاد کرده‌اند. وی افزود:«می‌توان ابزارهای تابش‌کننده نور نانومقیاسی(حتی نانولیزرهایی) که بازده بالایی دارند را عملاً تولید نمود. چالش اصلی برای تولید ابزارهای نانوفوتونیک، ناتوانی ما برای تولید نانولوله‌های چندگانه یکسان و باکیفیت در مکان‌های خاصی بر روی ویفر است. این مشکل، یک مشکل عمومی در ساخت و توسعه ابزارهای الکترونیکی و فوتونی نانولوله‌ای است و اخیراً گام‌هایی در جهت رفع آن برداشته شده‌است».
نتایج این تحقیق در نشریه Nature Nanotechnology به چاپ رسیده‌است.
