מחקרים אחרונים במסגרת Dynacom הראו כי חומרים בעלי מימד נמוך, המורכבים מצינורות שכבות עבים מבחינה אטומית, מציגים תכונות חדשות. חוקרים יצרו מבנים על ידי עטיפת ננו-צינוריות פחמן (CNT) בננו-צינוריות בורון ניטריד (BNNT) והשתמשו בספקטרוסקופיה אופטית מהירה במיוחד ובדיפרקציה של אלקטרונים שנפתרו בזמן כדי לנטר את תנועת האלקטרונים והאטומיים. הם גילו שאלקטרונים יכולים לעבור בין שכבות, ולהמיר את האנרגיה שלהם לאנרגיה תרמית במהירות. ממצא זה חושף תופעה פיזיקלית חדשה בממשק החומרים הללו, המצביע על יישומים פוטנציאליים במכשירים אופטיים מהירים במיוחד ובמניפולציה של אלקטרונים. תמונה של מבנה מקונן של ננו-צינורות פחמן עטופים בננו-צינוריות בורון ניטריד תחת ריגוש פוטו. קרדיט: אוניברסיטת צוקובה
מחקרים מראים העברות אלקטרוניות ותרמיות מהירות בחומרים שכבות, מה שמסייע לטכנולוגיה האופטית.
חוקרים זיהו מאפיינים חדשים של חומרים בשכבות נמוכות ממדים המאפשרים העברות מהירות של אלקטרונים ואנרגיה תרמית, מה שמצביע על שיפורים פוטנציאליים בטכנולוגיות אופטיות מהירות במיוחד ויישומים שונים אחרים.
בעבודה משותפת במסגרת Dynacom (מעבדה יפנית צרפתית), מחקרים עדכניים הדגישו כי חומרים המורכבים מצינורות שכבות, שהם עבים אטומית ומסווגים כחומרים בעלי מימד נמוך, מציגים תכונות חדשות. למרות שהתכונות הסטטיות של מבנים אלה, כמו הולכה חשמלית, מתועדות היטב, התכונות הדינמיות שלהם, כולל העברת אלקטרונים בין שכבות ותנועה אטומית המופעלת מחשיפה לאור, זכו לתשומת לב פחותה.
במחקר זה, החוקרים בנו מבנים גליליים מקוננים על ידי עטיפת ננו-צינוריות פחמן (CNTs) בננו-צינוריות בורון ניטריד. לאחר מכן הם בחנו את התנועה של אלקטרונים ואטומים המושרים על ידי פולסי אור קצרים במיוחד על חומר חד מימדי (1D). תנועת האלקטרונים נוטרה באמצעות ספקטרוסקופיה אופטית אולטרה-מהירה בפס רחב, הלוכדת שינויים מיידיים במבנים מולקולריים ואלקטרוניים עקב הקרנת אור בדיוק של 10 טריליון שניות (10−13 ס). תנועה אטומית נצפתה באמצעות דיפרקציית אלקטרונים שנפתרה בזמן מהיר במיוחד, אשר השיגה באופן דומה ניטור של דינמיקה מבנית עם עשרת טריליון שניה דיוק.
גילוי של תופעות פיזיקליות חדשות
המחקר גילה שכאשר סוגים שונים של חומרים בעלי ממדים נמוכים מרובדים, נוצר מסלול או תעלה, המאפשרים לברוח לאלקטרונים מחלקי משנה ספציפיים של החומר. בנוסף, נמצא כי אלקטרונים הנרגשים ב-CNTs על ידי חשיפה לאור יכולים לעבור אל ה-BNNTs דרך ערוצים אלקטרוניים אלה, שם האנרגיה שלהם מומרת במהירות לאנרגיה תרמית, מה שמאפשר המרה תרמית מהירה במיוחד.
מחקר זה חשף תופעה פיזיקלית חדשה בממשק בין שני חומרים שונים, המציעה לא רק הובלת אנרגיה תרמית מהירה במיוחד אלא גם יישומים פוטנציאליים בפיתוח מכשירים אופטיים מהירים במיוחד ובמניפולציה המהירה של אלקטרונים וחורים שנוצרים על ידי אור.
עבודה זו נתמכה על ידי JSPS Kakenhi Grants-in-Aid (מס' JP18H05208 (SK), JP22KK0225 (MH) ו-JP23H01101 (MH)) ותוכנית FOREST של Japan Science Technology Agent (JST) FOREST (מס' JPMJFR211V (MH)). RB מכירה ב-Agence Nationale de la Recherche (ANR) על מימון המענק, ANR-21-CE30-0011-01 CRITICLAS.
