Fig A :Le schéma du commutateur d'antenne photoconductrice à base de CNT et de la configuration expérimentale. Les tubes CNT sont alignés parallèlement à la direction du champ électrique appliqué. Crédit :Société chimique américaine
Une équipe de chercheurs de l'Université d'Osaka, TU Vienne, Université technologique de Nanyang, Université du riz, L'Université de l'Alberta et l'Université Southern Illinois-Carbondale se rapprochent de la découverte de la physique des quasiparticules dans les nanotubes de carbone.
Nanotubes de carbone (CNT), un matériau modèle à une dimension (1-D) composé entièrement d'atomes de carbone, ont attiré une attention considérable depuis leur découverte en raison des propriétés uniques résultant des effets de confinement quantique. Les NTC ont été étiquetés comme l'un des matériaux des dispositifs optoélectroniques de nouvelle génération. Il est essentiel de comprendre comment les quasiparticules (particules théoriques utilisées pour décrire des phénomènes observables dans les solides) se comportent et interagissent les unes avec les autres dans un système 1D. Cela nécessite un modèle fondamentalement différent par rapport à un matériau 3-D conventionnel comme le silicium en raison de la dimensionnalité réduite des NTC.
"Il était difficile de développer un dispositif à rayonnement térahertz avec un champ électrique externe élevé dans une direction spécifique au CNT, " dit l'auteur correspondant Masayoshi Tonouchi.
En combinant différentes techniques expérimentales, l'équipe a pu sonder directement la création de porteurs de charge libres dans les NTC à différentes échelles de temps après la photoexcitation. Des interactions très complexes impliquant différentes quasiparticules se produisent après la photoexcitation initiale. Ces processus évoluent avec le temps, et pouvoir sonder l'une des quasiparticules permet de mieux comprendre l'ensemble du processus.
Fig B. Formes d'onde d'émission THz observées expérimentalement avec des polarisations directes et inverses. Crédit :Société chimique américaine
Fig C. Comparaison des valeurs de crête calculées de l'émission THz et du photocourant avec les données expérimentales. Crédit :Société chimique américaine
Avec des simulations de pointe, l'équipe a pu identifier deux mécanismes clés qui expliquent leurs données et les a aidés à développer un modèle microscopique détaillé décrivant les interactions de quasi-particules dans un champ électrique intense dans les NTC.
"Nous avons proposé un modèle dans lequel les quasiparticules liées aux électrons et aux trous excitées dans la bande d'excitons E22 à haute énergie divergent vers la bande de basse énergie et jouent un rôle dans la conduction électrique ultrarapide. Ce modèle a expliqué avec succès les faits expérimentaux et a conduit à la clarification de la physique propriétés des NTC."
Leurs résultats mettent en lumière un certain nombre de problèmes de longue date dans la dynamique ultrarapide des NTC, nous rapprochant de la réalisation d'une optoélectronique avancée à base de NTC et d'autres matériaux de faible dimension.
