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국제 과학자팀은 탄소 나노 튜브 필름에서 관찰된 새로운 양자 효과가 독특한 레이저 및 기타 광전자 장치의 개발로 이어질 수 있다고 말했다. 연구팀은 단일 벽 탄소 나노 튜브를 플라즈몬 양자 구속 분야로 사용하여 양자 규모에서 빛을 조작할 수 있는 능력이 향상되었다고 보고했다. 발견된 현상은 현재 기술로 생산하기에는 너무 짧은 파장에서 연속 광선을 방출하는 나노 스케일, 근적외선 레이저와 같은 광전자 장치를 개발하는 열쇠가 될 수 있다. 새로운 연구는 네이처 커뮤니케이션스 (Nature Communications, 'Intersubband plasmons in the quantum limit in gated and aligned carbon nanotubes')에 자세히 설명되어 있다. 이 프로젝트는 웨이퍼 크기의 필름에서 탄소 나노 튜브를 매우 긴밀하게 정렬할 수 있는 방법을 발견한 결과 함께 이루어졌다. 이 필름들은 나노 튜브의 단일 또는 얽힌 응집체에서 수행하기에는 너무 어려운 실험을 가능하게 했다. 나노 튜브 필름의 전자 밀도를 제어하는 게이팅 기술을 도입했으며 정렬 기술을 제공하여 처음으로 자유 전자의 큰 밀도를 주입하고 제거할 수 있는 게이트가 있는 정렬된 나노 튜브의 넓은 영역의 필름을 만들 수 있었다. 나노 미터 너비보다 작은 나노 튜브로 전자를 펌핑한 다음 편광된 빛으로 여기시킨다. 나노 튜브의 폭은 원자와 원자 입자의 에너지가 특정 상태 또는 서브 밴드 (subband)에 '구속'되어있는 양자 우물에서 전자를 포획했다. 그런 다음 광은 벽 사이를 매우 빠르게 진동 시켰고 충분한 전자를 가지고 플라즈몬으로 행동하기 시작했다. 플라즈몬은 제한된 구조에서 집단적인 전하 진동이다. 판, 필름, 리본, 입자 또는 구체가 있고 시스템 (일반적으로 광선을 가짐)을 교란시키면 이러한 자유 캐리어는 고유한 주파수로 집합 적으로 이동한다. 이 효과는 전자의 수와 대상의 크기와 모양에 의해 결정된다. 나노 튜브는 매우 얇기 때문에 양자화된 서브 밴드 간의 에너지는 플라즈몬 에너지와 비슷했다. 이것은 서브 밴드 간 전이가 서브 밴드 간 플라즈몬이라고 불리는 플라즈몬의 양자 영역이다. 보통 원적외선 파장 범위의 인공 반도체 양자 우물에서 이를 연구했지만 자연적으로 발생하는 저 차원의 물질과 그러한 짧은 파장에서 관찰된 것은 이번이 처음이다. 플라즈몬 반응에서 매우 복잡한 게이트 전압 의존성을 감지하는 것은 놀라운 일이었으며, 금속성 및 반도체 성 단일 벽 나노 튜브에서 나타나는 것처럼 놀랍다. 광-나노 튜브 상호 작용의 기본 이론을 검토함으로써 공명 에너지의 공식을 도출할 수 있었다. 놀랍게도 공식은 나노 튜브의 직경 만 중요하다는 매우 간단한 결론을 도출했다. 연구팀은 이 현상이 통신, 분광학 및 이미징 뿐만 아니라 고도로 조율 가능한 근적외선 양자 캐스케이드 레이저를 위한 첨단 장치로 이어질 수 있다고 믿고 있다. 전통적인 반도체 레이저는 레이저 물질의 밴드 갭 폭에 달려 있지만 양자 캐스케이드 레이저는 파장이 간격과 무관하다. 나노 튜브의 직경을 변경하는 것만으로도 밴드 갭에 대한 걱정없이 플라즈마 공명 에너지를 조정할 수 있다. 또한 게이트 및 정렬 된 나노 튜브 필름이 루팅거 (Luttinger) 액체, 일차원 도체에서 상호 작용하는 전자의 이론적 집합체를 연구할 기회를 제공할 것으로 기대한다. 일차원 금속은 2-D 및 3-D와 매우 다른 것으로 예측된다. 탄소 나노 튜브는 루팅거 액체 거동을 관측하기 위한 최고의 후보물질 중 일부이다. 단일 튜브를 연구하는 것은 어렵지만, 거시적인 1 차원 시스템을 가지고 있다. 도핑 또는 게이팅을 통해 페르미 에너지를 조정할 수 있다. 1-D 반도체를 1-D 금속으로 변환할 수도 있다. 그래서 이 물질은 이런 종류의 연구에 이상적인 시스템이다. |
