(Phys.org) —Les nanotubes de carbone transportent des signaux plasmoniques dans la gamme térahertz du spectre électromagnétique, mais seulement s'ils sont métalliques par nature ou dopés.

Dans de nouvelles recherches, le laboratoire de l'Université Rice du physicien Junichiro Kono a réfuté les théories précédentes selon lesquelles la réponse térahertz dominante provenait de nanotubes semi-conducteurs à écart étroit.

Sachant que les nanotubes métalliques ou dopés répondent avec des ondes plasmoniques à des fréquences térahertz ouvre la possibilité que les tubes puissent être utilisés dans un large éventail d'amplificateurs optoélectroniques, détecteurs, polariseurs et antennes.

Les travaux de Kono et de ses collègues de Rice ont récemment été publiés en ligne dans la revue American Chemical Society. Lettres nano .

Les scientifiques connaissent depuis longtemps un pic térahertz dans les nanotubes, les minuscules cylindres de carbone enroulé qui sont si prometteurs pour les matériaux avancés. Mais des expériences sur des lots de nanotubes, qui poussent généralement dans un éventail de types bon gré mal gré, n'a pas réussi à révéler pourquoi il était là.

L'origine du pic n'était pas explicable car les chercheurs n'ont pu expérimenter que sur des lots mixtes de types de nanotubes, dit Qi Zhang, un étudiant diplômé du groupe de Kono et auteur principal de l'article. "Tous les travaux précédents ont été réalisés avec un mélange de tubes semi-conducteurs et métalliques. Nous sommes les premiers à identifier clairement la nature plasmonique de cette réponse térahertz, " il a dit.

L'expertise croissante de Rice dans la séparation des nanotubes par type a permis à Kono et à son groupe de tester les pics térahertz dans des lots de nanotubes métalliques purs connus sous le nom de « fauteuils » ainsi que non métalliques, tubes semi-conducteurs.

"Les nanotubes de carbone métalliques devraient montrer une résonance plasmon dans la gamme térahertz et infrarouge, mais aucun groupe n'a clairement démontré l'existence de plasmons dans les nanotubes de carbone, " dit Zhang. " Auparavant, les gens ont proposé une explication possible - que le pic térahertz est dû à l'absorption interbande dans les petites bandes interdites dans les nanotubes semi-conducteurs. Nous l'avons rejeté dans cet article."

Les plasmons sont des électrons libres à la surface de métaux comme l'or, des nanoparticules d'argent ou même d'aluminium qui, lorsqu'il est déclenché par un laser ou une autre énergie extérieure, ondulent comme des vagues dans un étang. Les ondes fortes peuvent déclencher des réponses plasmoniques dans les nanoparticules adjacentes. Ils sont étudiés à Rice et ailleurs pour une utilisation dans des applications électroniques et médicales sophistiquées.

Les recherches du groupe Kono ont montré que les plasmons ondulaient à des fréquences térahertz uniquement sur la longueur d'un nanotube, mais pas sur toute sa largeur. "La seule façon dont les porteurs de charge peuvent se déplacer est dans le sens long, ", a déclaré Kono. Les chercheurs ont précédemment utilisé ce fait pour démontrer que les nanotubes de carbone alignés agissent comme un excellent polariseur térahertz avec des performances supérieures à celles des polariseurs commerciaux basés sur des grilles métalliques.

Les nanotubes peuvent être des milliers de fois plus longs que larges, et la possibilité de les faire croître (ou de les couper) à des longueurs spécifiques ou de doper des nanotubes semi-conducteurs pour ajouter des porteurs libres rendrait les tubes hautement accordables pour les fréquences térahertz, dit Kono.

"Cet article clarifie seulement l'origine de cet effet, " dit-il. " Maintenant que nous le comprenons, il y a tant à faire. Nous allons fabriquer divers appareils térahertz, architectures et systèmes à base de plasmons de nanotubes de carbone."