偏光显微术揭开纳米碳管对掌性 [上一篇] [下一篇]

[ 2016-1-26 14:40:13 | 作者:mshot04 | 出处:原创 | 天气:晴 ] 字体:

现行的制备技术生产出来的单壁纳米碳管(single-walLEDcarbon nanotube, SWCNT)通常具有不同的卷曲方式,此性质又称为对掌性(chirality)。纳米碳管的电子性质与对掌性有关,因此对掌性会影响装置的性质,然而要辨别基板或组件中个别碳管的对掌性却极为困难。最近,美国研究人员最近提出一套使用反射式偏光显微镜(reflectivepolarized light microscopy)的方法,可望能克服此难题。
SWCNT可视为由具有六角晶格的碳平面卷曲而成,直径约为1nm。对掌性指的是晶格相对于碳管对称轴的方向,它决定了碳管为金属或半导体性。SWCNT由于拥有极高表面积和绝佳电荷传输性质,非常适合用来制作感应器和晶体管等组件,然而目前各种方法造出来的碳管仍免不了是半导性与金属性碳管的混合物。
最近,加州大学柏克莱分校(UCBerkeley)的FengWang与劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)的合作者提出一种辨别碳管对掌性的方法。团队成员KaihuiLiu解释,确认对掌性的最佳方式是使用偏光显微镜和光谱,原因是偏振光对于系统中光学各向异性极为敏感。然而,纳米碳管受偏振光照射后产生的讯号极为微弱,在背景噪讯的影响下难以测得。
对于光学显微镜而言,通常需要大数值孔径(numericalaperture, NA)的物镜来探究材料结构的特征,可是如此一来却会使通过物镜的偏振光去极化(depolarized)。该研究团队藉由分开控制照射物体的光及收集自物体的反射光来克服此问题。Wang解释,他们使用大数值孔径的物镜来收光线以获得高空间分辨率,但使用有效物数值孔径较小的镜来照射样本以确保光源维持高度偏振。
实验以数值孔径0.8的物镜收集纳米碳管所散射之光线,并以超连续谱雷射(supercontinuumlaser)产生较为集中的入射光束。此方法使研究人员能获得数以百计纳米碳管的对掌性质,并能监控如场效晶体管等组件中个别碳管的电子性质。除此之外,此技术可望用来增强各向异性纳米材料的光学对比,此类材料包含石墨烯纳米带、半导性纳米线和纳米棒,甚至是纳米生物材料如肌动蛋白丝等。
此研究团队计划使用该技术观察纳米碳管中不同的物理和电子过程,譬如电子和声子的超快动力学。

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