碳基納米材料特性可以通過引入某些結構“缺陷”加以改進。然而，控制這些缺陷的數量和類型一直是一項挑戰。近日，德國海德堡大學研究人員演示了一種新反應途徑以控制這種缺陷。這會導致特定的光學活性缺陷，即所謂的sp3缺陷，從而使碳納米管進一步發光并可以發射單光子。近紅外光的有效發射對于遠程通信和生物成像具有重要意義。

通常，缺陷被認為是“壞”東西，會對材料性能產生負面影響。然而，在某些納米材料中，例如碳納米管，一些缺陷可以產生“好”作用，并使新功能成為可能。在這里，精確的缺陷類型是至關重要的。碳納米管由卷起來的六邊形sp2碳原子晶格片組成，這些空心管直徑約為1納米、長幾微米。

通過一定的化學反應，晶格中的sp2碳原子可以轉化為sp3碳原子。這改變了碳納米管的局部電子結構，并導致了一個光學活性缺陷。這些缺陷在近紅外波段發出的光更遠，總體上比未被功能化的納米管更能發光。

由于碳納米管的幾何形狀，引入sp3碳原子的精確位置決定了缺陷的光學性質。“不幸的是，到目前為止，對缺陷形成的控制還非常有限。”海德堡大學教授Jana Zaumseil說。

該團隊展示了一種新的化學反應途徑，能控制缺陷并選擇性地產生一種特定類型的sp3缺陷。這些光學活性缺陷比之前引入的任何缺陷都“好”。Zaumseil解釋說，它們不僅更能發光，而且在室溫下還能發射單光子。在這個過程中，一次只能發射一個光子，這是量子密碼學和高度安全通信的先決條件。

專家認為，能夠制造出大量具有特定缺陷且缺陷密度可控的納米管，為光電器件和電泵單光子源發展鋪平了道路。相關論文近日刊登于《自然—通訊》。

（據《中國科學報》）

來源： 呼和浩特日報

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