(Phys.org) —I nanotubi di carbonio trasportano segnali plasmonici nell'intervallo terahertz dello spettro elettromagnetico, ma solo se sono metallici per natura o drogati.

In una nuova ricerca, il laboratorio del fisico Junichiro Kono della Rice University ha smentito le teorie precedenti secondo cui la risposta terahertz dominante proviene da nanotubi semiconduttori a gap stretto.

Sapere che i nanotubi metallici o drogati rispondono con onde plasmoniche a frequenze terahertz apre la possibilità che i tubi possano essere utilizzati in una vasta gamma di amplificatori optoelettronici, rilevatori, polarizzatori e antenne.

Il lavoro di Kono e dei suoi colleghi di Rice è apparso di recente online sulla rivista dell'American Chemical Society Nano lettere .

Gli scienziati sono da tempo a conoscenza di un picco di terahertz nei nanotubi, i minuscoli cilindri di carbonio arrotolato che mostrano così tante promesse per i materiali avanzati. Ma esperimenti su lotti di nanotubi, che generalmente crescono in una serie di tipi volenti o nolenti, non è riuscito a rivelare il motivo per cui era lì.

L'origine del picco non era spiegabile perché i ricercatori sono stati in grado di sperimentare solo su lotti misti di tipi di nanotubi, disse Qi Zhang, uno studente laureato nel gruppo di Kono e autore principale del documento. "Tutto il lavoro precedente è stato svolto con una miscela di semiconduttori e tubi metallici. Siamo i primi a identificare chiaramente la natura plasmonica di questa risposta terahertz, " Egli ha detto.

La crescente esperienza di Rice nella separazione dei nanotubi per tipo ha permesso a Kono e al suo gruppo di testare picchi di terahertz in lotti di nanotubi metallici puri noti come "poltrone" e non metallici, tubi semiconduttori.

"Si prevede che i nanotubi di carbonio metallici mostreranno risonanza plasmonica nella gamma dei terahertz e dell'infrarosso, ma nessun gruppo ha dimostrato chiaramente l'esistenza di plasmoni nei nanotubi di carbonio, " Zhang ha detto. "In precedenza, le persone hanno proposto una possibile spiegazione:che il picco di terahertz sia dovuto all'assorbimento interbanda nei piccoli gap di banda nei nanotubi semiconduttori. L'abbiamo rifiutato in questo documento".

I plasmoni sono elettroni liberi sulla superficie di metalli come l'oro, nanoparticelle di argento o addirittura di alluminio che, quando attivato da un laser o altra energia esterna, incresparsi come onde in uno stagno. Onde forti possono innescare risposte plasmoniche nelle nanoparticelle adiacenti. Sono oggetto di indagine alla Rice e altrove per l'uso in sofisticate applicazioni elettroniche e mediche.

La ricerca del gruppo Kono ha mostrato che i plasmoni si increspano a frequenze terahertz solo lungo la lunghezza di un nanotubo, ma non per tutta la sua larghezza. "L'unico modo in cui i portatori di carica possono spostarsi è nella direzione lunga, " ha detto Kono. I ricercatori hanno precedentemente utilizzato questo fatto per dimostrare che i nanotubi di carbonio allineati agiscono come un eccellente polarizzatore terahertz con prestazioni migliori rispetto ai polarizzatori commerciali basati su griglie metalliche.

I nanotubi possono essere migliaia di volte più lunghi di quanto siano larghi, e la capacità di farli crescere (o tagliarli) a lunghezze specifiche o di drogare nanotubi semiconduttori per aggiungere portatori liberi renderebbe i tubi altamente sintonizzabili per frequenze terahertz, disse Kono.

"Questo documento chiarisce solo l'origine di questo effetto, " disse. "Ora che l'abbiamo capito, c'è così tanto da fare. Realizzeremo vari dispositivi terahertz, architetture e sistemi basati su plasmoni di nanotubi di carbonio".