(PhysOrg.com)-Forskare från Rice University har kommit fram till vad som ger fåtölj nanorör deras unika ljusa färger:väteliknande föremål som kallas excitoner.

Deras resultat visas i onlineutgåvan av Journal of the American Chemical Society.

Fåtölj kol nanorör-så uppkallade efter "U" -formad konfiguration av atomerna vid deras otäckta spetsar-är endimensionella metaller och har inget bandgap. Detta betyder att elektroner flödar från ena änden till den andra med liten resistivitet, just den egendom som en dag kan göra fåtöljer för fåtöljer möjliga.

Risforskarna visar fåtölj nanorör absorberar ljus som halvledare. En elektron befordras från ett orörligt tillstånd till ett ledande tillstånd genom att absorbera fotoner och lämna ett positivt laddat "hål, "sa risfysikern Junichiro Kono. Det nya elektronhålsparet utgör en exciton, som har en neutral laddning.

"Excitonerna skapas genom absorptionen av en viss våglängd av ljus, "sade doktoranden och huvudförfattaren Erik Hároz." Vad ditt öga ser är det ljus som finns kvar; nanorören tar ut en del av det synliga spektrumet. "Nanorörets diameter avgör vilka delar av det synliga spektret som absorberas; denna absorption står för regnbågen av färger som ses bland olika satser av nanorör.

Forskare har insett att nanopartiklar av guld och silver kan manipuleras för att återspegla lysande nyanser - en egenskap som låter hantverkare som inte hade några föreställningar om "nano" skapa glasmålningar för medeltida katedraler. Beroende på deras storlek, partiklarna absorberade och avgav ljus av speciella färger på grund av ett fenomen som kallas plasmaresonans.

På senare tid har forskare märkte halvledande nanopartiklar, även känd som kvantprickar, visa färger som bestäms av deras storleksberoende bandgap.

Men plasmaresonans sker vid våglängder utanför det synliga spektrumet i metalliska nanorör av kol. Och fåtölj nanorör har inte bandgap.

Konos lab fastställde slutligen att excitoner är färgkällan i satser av rena fåtölje nanorör som är suspenderade i lösning.

Resultaten verkar kontraintuitiva, Kono sa:eftersom excitoner är karakteristiska för halvledare, inte metaller. Kono är professor i el- och datorteknik samt fysik och astronomi.

Medan fåtölj nanorör inte har bandgap, de har en unik elektronisk struktur som gynnar särskilda våglängder för ljusabsorption, han sa.

"I fåtölj nanorör, lednings- och valensbanden berör varandra, "Sa Kono." Endimensionalen, i kombination med dess unika energidispersion, gör det till en metall. Men banden utvecklar det som kallas van Hove -singularitet, "som framstår som en topp i tätheten av tillstånd i ett endimensionellt fast ämne." Så det finns massor av elektroniska tillstånd koncentrerade kring denna singularitet. "

Excitonresonans tenderar att uppstå runt dessa singulariteter när de träffas med ljus, och ju starkare resonans, desto mer framstående färg. "Det är en ovanlig kvalitet på just dessa endimensionella material som dessa excitoner faktiskt kan existera, "Sa Hároz." I de flesta metaller, det är inte möjligt; det finns inte tillräckligt med Coulomb -interaktion mellan elektronen och hålet för att en exciton ska vara stabil. "

Det nya papperet följer på arbetet av Kono och hans team för att skapa partier av rena enväggiga kolnanorör genom ultracentrifugering. I den processen, nanorör centrifugerades i en blandning av lösningar med olika densiteter upp till 250, 000 gånger tyngdkraften. Rören drog naturligtvis mot separerade lösningar som matchade deras egen densitet för att skapa en färgstark "nano parfait".

Som en biprodukt av deras nuvarande arbete, forskarna bevisade sin förmåga att producera renade fåtölje nanorör från en mängd olika syntes tekniker. De hoppas nu kunna utöka sin undersökning av fåtöljars optiska egenskaper utöver synligt ljus. "I sista hand, vi skulle vilja göra ett kollektivt spektrum som inkluderar frekvensområden hela vägen från ultraviolett till terahertz, "Sade Hároz." Från det, vi kan veta, optiskt, nästan allt om dessa nanorör. "