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聚集态碳纳米管中的激子结合能

 

单壁碳纳米管即使在宏观尺度的集合体中发生聚集,其近红外光谱中仍表现出清晰的激子共振特性。这一特性为碳纳米管聚集体在激子功能材料方向提供了潜在的应用前景。然而,作为决定激子共振强度的关键因素,单一构造(手性)碳纳米管膜中的激子结合能仍有待研究。在本工作中,我们报道了聚集效果对高纯度单一手性半导体单层碳纳米管中激子结合能的影响。我们制备了具有高单一手性结构纯度的碳纳米管聚集膜,并利用单光子与双光子光谱对其进行表征。结果显示,在聚集状态下碳纳米管的激子里德伯能级间隔缩小。通过将实验结果与理论计算进行比较,可以推断聚集态碳纳米管薄膜的激子结合能约为0.26 eV,为分散在甲苯中的孤立碳纳米管的约80%。此外,我们进一步确认该结果与中红外光学测量所得的介电常数一致。我们的发现表明,在单一手性的聚集态单层碳纳米管薄膜中,激子共振不仅能在低温环境下保持强度,也具备在高温条件下应用的潜力。

Zhirui Liu, Taishi Nishihara*, Vasili Perebeinos*, Yuhei Miyauchi*, ACS nano, 202519, 412522–41260.

https://doi.org/10.1021/acsnano.5c14988