Вести с полей: ученые высчитали люминесцентность полых нанотрубок

Российские физики из Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН рассмотрели, как меняются оптические моды нанотрубок, если они прямые или сплющенные, и построили график оптической моды. Доклад о работе был представлен на Всероссийской научной конференции «Невская фотоника».

Нанотрубки широко используются во всех современных областях науки и техники: их можно применять в химии для синтеза особенно мелких частиц, а также в атомной, авиационной или автомобильной промышленности. Трубки представляют собой небольшие полные цилиндры от микрона и чуть больше в диаметре.

В Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе РАН ученые исследуют нанотрубки из соединений переходных металлов, например сульфата молибдена.В частности, специалисты изучают люминесценцию в таких объектах. Они заметили, что на пике прямого и непрямого перехода друг на друга накладываются пучки оптических модов, то есть полей распространения света.

«Мы провели теоретическое моделирование по принципу зависимости Лоренца. Мы решали обратную задачу о рассеянии и показали, что в нанотрубках присутствуют оптические моды, поляризованные вдоль оси трубки. Мы выстроили график микрофотолюминесценции вдоль и поперек оси трубки. Вдоль оси существуют моды шепчущей галереи, тогда как в поляризации поперек их нет», — рассказали ученые.

Ученые выяснили, что добротность нанотрубки не проявляет себя в спектре, то есть не влияет на люминесценцию. А чем больше радиус трубки, тем выше вероятность, что мы увидим люминесценцию вблизи прямого перехода.

Нанотрубки могут расти в виде чешуек или в виде пластин. Также они могут быть не только прямыми, но и сплющенными, при этом сплющенность бывает двух видов: так называемые «дышащие», которые утончаются к середине, и спиральные сплющенные трубки, у которых диаметр не меняется, но они могут быть закручены.

Также физики попытались найти ответ на вопрос, как зависит энергия оптического мода, то есть то, насколько активно нанотрубка будет люминесцировать, от показателя сплющенности трубки. Это знание нужно, чтобы понять, какая форма нанотрубок будет более эффективной, например, в биосенсорах. Оказалось, что в сплющенных трубках есть оптические пики, которые при длине волны около 950 нанометров расщепляются, и происходит изменение интенсивности оптического излучения.

Ученые высчитали зависимость интенсивности люминесцентного излучения от формы трубки и длины волны и смогли построить график оптической моды, который представлял собой соотношение sin² и cos² . Исследователи подчеркнули, что после построения графика они проверили его в реальных экспериментах с нанотрубками и получили хорошее согласование с эмпирически полученными данными.

Материал подготовлен при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий».