Российские и китайские физики обнаружили, что пленки из одностенных углеродных нанотрубок могут более активно взаимодействовать с частицами света, если внутрь нанотрубок внедрить атомы фосфора. Это улучшение оптоэлектронных свойств открывает возможности для создания высокочувствительных фотодетекторов и повышения эффективности солнечных батарей, сообщает Центр научной коммуникации МФТИ.
Мы обнаружили, что высокая эффективность фотоумножения "горячих" носителей заряда в полупроводниковых пустых нанотрубках может быть дополнительно увеличена за счет легирования нанотрубок путем инкапсуляции фосфора внутри этих структур. Мария Бурданова, старший научный сотрудник лаборатории нанооптики и плазмоники МФТИ
Ученые отмечают, что нанотрубки активно исследуются для создания материалов, способных поглощать терагерцовое излучение и другие формы электромагнитных волн, используемых в системах беспроводной связи. Для решения этих задач важно понимать, насколько хорошо нанотрубки проводят ток и как на их свойства влияют различные примеси.
Впервые детально изучив влияние атомов фосфора внутри одностенных нанотрубок, физики обнаружили, что такое легирование заметно меняет поведение свободных электронов в структурах. Это побудило исследовать взаимодействие «фосфорных» нанотрубок с терагерцовыми волнами.
В ходе экспериментов ученые облучали изготовленные нанотрубки инфракрасным лазером, источником терагерцового излучения, и наблюдали за поведением «горячих» носителей заряда — свободных электронов и «дырок» с высокой кинетической энергией. Эти носители играют важную роль в работе фотонных датчиков и других оптоэлектронных устройств.
Результаты показали, что в легированных фосфором нанотрубках не только присутствует больше электронов, но и образуется значительно больше «горячих» электронно-дырочных пар под действием оптического импульса. Их количеством и скоростью формирования можно управлять, изменяя состав и структуру наполнителя. Это позволит гибко подбирать наноматериалы для решения конкретных задач, включая повышение КПД солнечных элементов и разработку новых фотодетекторов.
О нанотрубках
Углеродные нанотрубки были впервые созданы и изучены в 1991 году. Они обладают множеством полезных свойств: высокой теплопроводностью, электрической проводимостью, прочностью и механической устойчивостью. Впоследствии ученые обнаружили, что их можно применять для создания сверхчувствительных датчиков и других оптоэлектронных устройств.