بررسی نحوه حرکت بارها در نانولوله کربنی

پژوهشگران آزمایشگاه ملی لوس‌آلموس موفق شدند اطلاعاتی درباره این که
الکترون‌های ایجاد شده در اثر برخورد نور به نانولوله‌های کربنی حرکت می‌کند،
به‌دست آورند. از این یافته‌ها می‌توان در تولید عناصر شناسایی نور و
همچنین تولید ادوات فتوولتائیک مبتنی بر کربن استفاده کرد. با نتایج این
تحقیق می‌توان انتقال اگزایتون‌های نانولوله‌های کربنی موجود در محیط
کلوئیدی را در دمای اتاق اندازه‌گیری کرد. اگزایتون‌ها بسته‌های کوچک انرژی
هستند که از بارهای مثبت و منفی تولید شده‌اند. کلوئید هم ماده‌ای است که
به‌صورت یکنواخت در ماده دیگری پخش شده است، معمولا ذرات پخش شده ابعادی
بین یک تا هزار نانومتر دارند. طبیعت محیط کلوئیدی روی انتقال بار اگزایتون‌های
باردار-خنثی که در طول نانولوله‌کربنی حرکت می‌کند اثرگذار است.

انتقال اگزایتون‌ها به‌صورت “آشفتگی-محدودیت” تعریف می‌شود به این معنا که
حرکت بسته اگزایتون‌ محدود است دلیل این امر ان است که طبیعت محیطی که سطح
نانولوله با آن در تماس است روی این حرکت‌ها تاثیرگذار است. اگزایتون‌ها
تنها در جهت رو به جلو و به سمت عقب حرکت می‌کنند و این حرکت محدود به سطح
لوله است، مثل حرکت کشتی در رودخانه که تنها می‌تواند در مسیر هم جهت آب و
یا خلاف آن حرکت کند اما نمی‌تواند به‌صورت عرضی در رودخانه به حرکت در
آید. در این سیستم، نانولوله کربنی تنها می‌تواند چند نانومتر در هر جهت
حرکت داشته باشد قبل از این که تغییر مسیر داده و در جهت عکس به حرکت در
آید.

این گروه تحقیقاتی دریافته است که طبیعت تداخلی میان لوله و محیط اطراف آن
به شدت روی بازده حرکت رو به جلو و رو به عقب اثر می‌گذارد. محققان نشان
دادند با کنترل هر پارامتر محیط کلوئیدی، اگزایتون‌ها مسافت بیشتری را طی
می‌کنند. این گروه تحقیقاتی با آزمایشات خود نشان دادند که اگزایتون‌ها در
نانولوله کربنی بسیار بیشتر از تمام مواد شناخته شده، در دمای اتاق، حرکت
می‌کنند.

   درک پارامترهایی که روی حرکت اگزایتون‌ها اثر گذار است برای حوزه‌هایی نظیر
فتوولتائیک بسیار مهم هستند، در پیل‌های فتوولتائیک اگزایتون‌های خنثی در
اثر برخورد نور خورشید تولید شده و به جایی می‌روند که باید به‌صورت بارهای
مثبت و منفی جدا شوند. با این جداسازی، ولتاژی ایجاد می‌شود که می‌تواند
باتری را شارژ کند.

نتایج این پژوهش در نشریه Nano Letters به چاپ رسیده است.