Fig A:El diagrama esquemático del interruptor de antena fotoconductora basado en CNT y la configuración experimental. Los tubos de CNT están alineados en paralelo a la dirección del campo eléctrico aplicado. Crédito:Sociedad Química Estadounidense
Un equipo de investigadores de la Universidad de Osaka, TU Viena, Universidad Tecnológica de Nanyang, Universidad de Rice, La Universidad de Alberta y la Universidad del Sur de Illinois-Carbondale se acercan más a desentrañar la física de las cuasipartículas en nanotubos de carbono.
Nanotubos de carbono (CNT), un modelo de material unidimensional (1-D) compuesto completamente por átomos de carbono, han atraído una atención considerable desde su descubrimiento debido a las propiedades únicas que surgen de los efectos del confinamiento cuántico. Los CNT se han etiquetado como uno de los materiales para los dispositivos optoelectrónicos de próxima generación. Es fundamental para este avance comprender cómo las cuasipartículas (partículas teóricas utilizadas para describir fenómenos observables en sólidos) se comportan e interactúan entre sí en un sistema 1-D. Esto requiere un modelo fundamentalmente diferente en comparación con un material tridimensional convencional como el silicio como consecuencia de la dimensionalidad reducida en los NTC.
"Fue difícil desarrollar un dispositivo de radiación de terahercios con un campo eléctrico alto externo en una dirección específica a la CNT, "dice el autor correspondiente Masayoshi Tonouchi.
Combinando diferentes técnicas experimentales, el equipo pudo sondear directamente la creación de portadores de carga gratuita en CNT en diferentes escalas de tiempo después de la fotoexcitación. Se producen interacciones muy complejas que involucran diferentes cuasipartículas después de la fotoexcitación inicial. Estos procesos cambian con el tiempo, y poder sondear una de las cuasipartículas facilita la comprensión de todo el proceso.
Fig. B. Formas de onda de emisión de THz observadas experimentalmente en polarizaciones directa e inversa. Crédito:Sociedad Química Estadounidense
Fig. C. Comparación de los valores máximos calculados de emisión de THz y fotocorriente con datos experimentales. Crédito:Sociedad Química Estadounidense
Junto con simulaciones de última generación, el equipo pudo identificar dos mecanismos clave que explican sus datos y les ayudó a desarrollar un modelo microscópico detallado que describe las interacciones de las cuasipartículas en un campo eléctrico fuerte en los NTC.
"Propusimos un modelo en el que las cuasipartículas unidas a huecos de electrones excitadas en la banda de excitones E22 de alta energía divergen a la banda de baja energía y juegan un papel en la conducción eléctrica ultrarrápida. Este modelo explicó con éxito los hechos experimentales y condujo a la aclaración de los propiedades de los CNT ".
Sus resultados arrojan luz sobre una serie de problemas de larga data en la dinámica ultrarrápida de CNT, acercándonos a la realización de optoelectrónica avanzada basada en CNT y otros materiales de baja dimensión.
