二维天线增强碳纳米管的光发射

原子的平板可以充当一种天线，吸收光并将其能量输送到碳纳米管中，使它们发出明亮的光。这一进步可能有助于开发利用量子效应的微型未来发光设备。

碳纳米管类似于非常细的中空线，直径仅为纳米左右。它们可以通过多种方式产生光。例如，激光脉冲可以激发材料内带负电的电子，留下带正电的“空穴”。这些相反的电荷可以配对形成一种称为激子的能量状态，它可以沿着纳米管传播相对较远的距离，然后以光的形式释放能量。

原则上，可以利用这种现象来制造高效的纳米级发光器件。

不幸的是，使用激光在碳纳米管内产生激子存在三个障碍。首先，激光束通常比纳米管宽1,000倍，因此材料实际上吸收的能量很少。其次，光波必须与纳米管完美对齐才能有效地传递能量。最后，碳纳米管中的电子只能吸收非常特定波长的光。

为了克服这些限制，RIKEN纳米量子光子学实验室的YuichiroKato领导的团队转向了另一类纳米材料，即二维材料。这些平板只有几个原子厚，但它们可以比激光束宽得多，并且在将激光脉冲转换为激子方面要好得多。

研究人员在绝缘材料雕刻的沟槽上生长碳纳米管。然后，他们在纳米管顶部放置了原子级薄的二硒化钨薄片。当激光脉冲击中该薄片时，它们会产生激子，激子会沿着纳米管的长度移动，然后释放出比激光波长更长的光。每个激子从二维材料进入纳米管只需要万亿分之一秒。

通过测试具有影响材料内关键能级的一系列不同结构的纳米管，研究人员确定了促进二维材料中激子转移的理想纳米管形式。

基于这一结果，他们打算使用能带工程(半导体工程中的一个有用概念)在原子薄尺度上实现具有优异性能的器件。“当能带工程应用于低维半导体时，预计会出现新的物理特性和创新功能，”加藤说。

加藤补充道：“我们希望利用这个概念来开发只有几个原子层厚的光子和光电器件。”“如果我们能够将它们缩小到原子厚度的极限，我们预计会出现新的量子效应，这可能对未来的量子技术有用。”