Enkelväggiga kolnanorör är lovande byggstenar för framtida optoelektroniska enheter. Med denna mätinställning kan fysiker under ledning av professor Alexander Holleitner (Technische Universitaet Muenchen) lösa den ultrasnabba optoelektroniska dynamiken hos kol-nanorör. En första laser lämnar elektroner i kolnanorören som spänner över gapet mellan två guldelektroder medan en andra laser mäter den resulterande fotoströmmen. Kredit:Prof. Dr. A. Holleitner, TUM
Enkelväggiga kolnanorör är lovande byggstenar för framtida optoelektroniska enheter. Men konventionella elektroniska mätningar kunde inte lösa den ultrasnabba optoelektroniska dynamiken hos nanorören. Nu tyska vetenskapsmän ledda av professor Alexander Holleitner, fysiker vid Technische Universitaet Muenchen, har hittat ett sätt att direkt mäta dynamiken hos fotoexciterade elektroner i fotodetektorer i nanoskala.
Kolnanorör har en mängd ovanliga egenskaper som gör dem till lovande kandidater för optoelektroniska komponenter. Dock, hittills har det visat sig extremt svårt att analysera eller påverka deras optiska och elektroniska egenskaper. Ett team av forskare under ledning av professor Alexander Holleitner, en fysiker vid Technische Universitaet Muenchen och medlem av Cluster of Excellence Nanosystems Munich (NIM), har nu lyckats utveckla en mätmetod som möjliggör en tidsbaserad upplösning av den så kallade fotoströmmen i fotodetektorer med pikosekundprecision.
"En pikosekund är ett mycket litet tidsintervall, " förklarar Alexander Holleitner. "Om elektroner färdades med ljusets hastighet, de skulle ta sig nästan hela vägen till månen på en sekund. På en pikosekund skulle de bara täcka ungefär en tredjedels millimeter." Denna nya mätteknik är ungefär hundra gånger snabbare än någon befintlig metod. Den gjorde det möjligt för forskarna under ledning av professor Alexander Holleitner att mäta elektronernas exakta hastighet. I kolet nanorör täcker elektronerna bara ett avstånd på cirka 8 tiotusendelar av en millimeter eller 800 nanometer på en pikosekund.
I hjärtat av fotodetektorerna i fråga finns kolrör med en diameter på cirka en nanometer som spänner över ett litet gap mellan två gulddetektorer. Fysikerna mätte elektronernas hastighet med hjälp av en speciell tidsupplöst laserspektroskopiprocess – pump-probe-tekniken. Den fungerar genom att excitera elektroner i kolnanoröret med hjälp av en laserpuls och observera dynamiken i processen med en andra laser.
De insikter och analytiska möjligheter som den presenterade tekniken möjliggör är relevanta för en hel rad tillämpningar. Dessa inkluderar, mest anmärkningsvärt, vidareutveckling av optoelektroniska komponenter såsom fotodetektorer i nanoskala, foto-switchar och solceller.
