(Phys.org) — Kolnanorör bär plasmoniska signaler i terahertzområdet för det elektromagnetiska spektrumet, men bara om de är metalliska till sin natur eller dopade.

I ny forskning, fysikern Junichiro Konos laboratorium vid Rice University motbevisade tidigare teorier om att dominerande terahertz-svar kommer från halvledande nanorör med smala gap.

Att veta att metalliska eller dopade nanorör svarar med plasmoniska vågor vid terahertz-frekvenser öppnar möjligheten att rören kan användas i ett brett spektrum av optoelektroniska förstärkare, detektorer, polarisatorer och antenner.

Verket av Kono och hans Rice-kollegor dök upp online nyligen i tidskriften American Chemical Society Nanobokstäver .

Forskare har länge varit medvetna om en terahertz-topp i nanorör, de små cylindrarna av upprullat kol som visar så mycket löfte för avancerade material. Men experiment med satser av nanorör, som vanligtvis växer i en mängd olika typer, misslyckades med att avslöja varför det var där.

Toppens ursprung var inte förklarligt eftersom forskare bara kunde experimentera med blandade satser av nanorörstyper, sa Qi Zhang, en doktorand i Konos grupp och huvudförfattare till tidningen. "Allt tidigare arbete gjordes med en blandning av halvledande och metalliska rör. Vi är de första som tydligt identifierar den plasmoniska naturen hos detta terahertz-svar, " han sa.

Rice växande expertis i att separera nanorör efter typ gjorde det möjligt för Kono och hans grupp att testa för terahertz-toppar i satser av rena metalliska nanorör, kända som "fåtöljer" såväl som icke-metalliska, halvledande rör.

"Nanorör av metalliskt kol förväntas visa plasmonresonans i terahertz- och infrarödområdet, men ingen grupp har tydligt visat att det finns plasmoner i kolnanorör, " sade Zhang. "Tidigare, människor föreslog en möjlig förklaring - att terahertz-toppen beror på interbandsabsorption i de små bandgapen i halvledande nanorör. Vi avvisade det i detta dokument. "

Plasmoner är fria elektroner på ytan av metaller som guld, nanopartiklar av silver eller till och med aluminium som, när den utlöses av en laser eller annan extern energi, krusning som vågor i en damm. Starka vågor kan utlösa plasmonsvar i intilliggande nanopartiklar. De undersöks på Rice och på andra håll för användning i sofistikerade elektroniska och medicinska applikationer.

Kono-gruppens forskning visade att plasmoner skvalpar vid terahertz-frekvenser endast längs längden av ett nanorör, men inte över dess bredd. "Det enda sättet som laddningsbärare kan röra sig är i den långa riktningen, ", sa Kono. Forskarna använde tidigare detta faktum för att visa att inriktade kolnanorör fungerar som en utmärkt terahertz-polarisator med bättre prestanda än kommersiella polarisatorer baserade på metalliska galler.

Nanorör kan vara tusentals gånger längre än de är breda, och möjligheten att odla dem (eller klippa dem) till specifika längder eller att droppa halvledande nanorör för att lägga till fria bärare skulle göra rören mycket avstämbara för terahertz -frekvenser, sa Kono.

"Detta dokument klargör bara ursprunget till denna effekt, " sa han. "Nu när vi förstår det, det finns så mycket att göra. Vi kommer att tillverka olika terahertz-enheter, arkitekturer och system baserade på kolnanorörsplasmoner."