海德堡大学 碳纳米管的光学性质可以通过缺陷来改善，碳纳米管由sp2碳原子的卷起的六方晶格组成
一种新的反应途径能够选择性地产生光学活性的sp3缺陷
即使在室温下，它们也能在近红外范围内发射出单光子
荣誉:西蒙·塞特勒(海德堡) 碳基纳米材料的性质可以通过故意引入某些结构“缺陷”或缺陷来改变和改造
然而，挑战在于控制这些缺陷的数量和类型
以碳纳米管为例——这是一种微小的管状化合物，能发出近红外的光——海德堡大学的化学家和材料科学家在教授的带领下
医生
Jana Zaumseil现在已经展示了一种新的反应途径来实现这种缺陷控制
它导致特定的光学活性缺陷——所谓的sp3缺陷——这种缺陷更具发光性，并且可以发射单光子，即光粒子
近红外光的有效发射对于电信和生物成像的应用是重要的
通常缺陷被认为是“不好的”，会对材料的性能产生负面影响，使其不够完美
然而，在某些纳米材料中，如碳纳米管，这些“缺陷”会产生一些“好的”东西，并带来新的功能
在这里，缺陷的精确类型是至关重要的
碳纳米管由sp2碳原子的六边形晶格组成，因为它们也存在于苯中
这些中空管直径约为1纳米，最长可达几微米
通过某些化学反应，晶格中的几个sp2碳原子可以转化为sp3碳，这也存在于甲烷或金刚石中
这改变了碳纳米管的局部电子结构，并导致光学活性缺陷
这些sp3缺陷在近红外区发射更远的光，并且总体上比未被功能化的纳米管更发光
由于碳纳米管的几何形状，引入的sp3碳原子的精确位置决定了缺陷的光学性质
“不幸的是，到目前为止，对于形成什么样的缺陷几乎没有什么控制，”物理化学研究所教授、海德堡大学高级材料中心成员贾纳·扎姆塞尔说
海德堡科学家和她的团队最近展示了一种新的化学反应途径，这种途径能够控制缺陷，并选择性地产生一种特定类型的sp3缺陷
这些光学活性缺陷比以前引入的任何“缺陷”都“好”
“它们不仅更加发光，而且在室温下也显示出单光子发射，”教授说
Zaumseil解释说
在这个过程中，一次只发射一个光子，这是量子密码和高度安全的电信的先决条件
根据西蒙·塞特勒教授的博士研究生
Zaumseil的研究小组是报道这些结果的论文的第一作者，这种新的官能化方法——亲核加成——非常简单，不需要任何特殊设备
“我们才刚刚开始探索潜在的应用
许多化学和光物理方面仍然未知
然而，目标是创造更好的缺陷
" 这项研究是“用于光电子学的单壁碳纳米管中的三子和SP3-缺陷”项目的一部分
由欧洲研究理事会(ERC)的ERC联合基金资助
其目标是理解和设计碳纳米管缺陷的电子和光学特性
“这些缺陷之间的化学差异很细微，所需的结合构型通常只在少数纳米管中形成
能够产生大量具有特定缺陷和可控缺陷密度的纳米管，为光电子器件和电泵浦单光子源铺平了道路，这是量子密码学未来应用所需要的
Zaumseil说
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