Oddech nanorurek
Struktura i spektroskopia Ramana „ogona” (pojedynczej rurki) oraz spirali (wiązki) zbudowanej ze zwiniętej pojedynczej nanorurki węglowej.
W artykule współautorstwa dr inż. Anny Wróblewskiej, który znalazł się w czasopiśmie naukowym Carbon (IF=10.9), został opisany eksperyment sprawdzający, jak różne formacje nanorurek węglowych wpływają na mody wibracyjne. Ich zrozumienie może pomóc w wytworzeniu materiałów przydatnych w sensorach i urządzeniach komunikacyjnych.
Wiemy już o wyjątkowych właściwościach elektrycznych, mechanicznych, stabilności i podatności na modyfikacje nanorurek węglowych. Jednak cały czas są wdzięcznym obiektem badań specjalistów z różnorodnych dziedzin, którzy nie ustają w poszukiwaniu ich nietypowych cech i możliwości zastosowań.
Wykorzystując spektroskopię Ramana grupa badaczy sprawdziła, jaka jest zależność sprzężenia drgań wynikających z jednorodnego łączenia jednościennych nanorurek węglowych od średnicy rurki oraz jak zmieniają się drgania kolektywne w tego typu strukturach. Sprawdzono dwie konfiguracje – nanorurki zwinięte w cewki i takie, które tworzyły cienką warstwę.
W widmie ramanowskim niskoczęstotliwościowe sygnały Ramana nazywane są modem oddychającym ze względu na kierunek drgań atomów węgla, który jest prostopadły do osi nanorurki. W pracy wykazano, że występują znaczące różnice w tym modzie dla quasi-nieskończonych skupisk, porównując je z pojedynczym radialnym trybem charakterystycznym dla izolowanych rurek. Wykorzystując spektroskopię Ramana, naukowcy sprawdzili, jak te wibracje oddziałują z innymi właściwościami nanorurek. Za pomocą rezonansowej spektroskopii Ramana wykazano, że oba mody oddychające w strukturach połączonych nanorurek mają tę samą energię przejścia, co ma kluczowe znaczenie we właściwościach optycznych tych struktur otwierając nowe kierunki aplikacyjne.
Autorzy artykułu po przyjrzeniu się temu, jak zmieniają się wibracje w zależności od średnicy nanorurek oraz architekturze badanej struktury, potwierdzili wieloletnie przewidywania teoretyków. Wibracje rozdzielają się w mniejszym stopniu, gdy nanorurki są większe. Do tej pory empiryczne dowiedzenie tej tezy było niezwykle trudne – barierę stanowiło problematyczne wytworzenie i selekcja nanorurek o odpowiednich parametrach. Chiralnie czyste układy nanorurek reprezentują nowy schemat kryształów fononicznych w zakresie THz, prowadzący do nowych modów wibracyjnych. Ich przestrajalność częstotliwości w zależności od średnicy rurki oferuje doskonałe narzędzie do badania kolektywnej dynamiki sieci sprzężonych oscylatorów. Otwiera to drogę do dziedziny optomechaniki, z obiecującymi zastosowaniami w telekomunikacji i czujnikach.
Ułożone nanorurki węglowe (CNTs) to struktury węglowe o bardzo małej średnicy, które mogą mieć różne właściwości w zależności od ich ułożenia i chiralności. Mogą być wykorzystane jako podstawowy materiał do budowy struktury fotonicznych izolatorów topologicznych, czyli materiałów przewodzących światło w jednym kierunku, co może mieć zastosowanie m.in. w sieciach światłowodowych (zapobieganie odbiciom światła prowadzącym do interferencji i degradacji jakości sygnału). Fotoniczne izolatory optyczne mogą być wykorzystywane do zapewnienia jednokierunkowego przepływu danych optycznych, co może poprawić niezawodność i wydajność transmisji danych w sieciach 6G.
