科學(xué)家發(fā)現(xiàn)：碳納米管陣列變身深紫外光子晶體
希臘及英國(guó)科學(xué)家最近對(duì)碳納米管(carbon nanotube, CNT)組成的二維陣列進(jìn)行理論研究，發(fā)現(xiàn)碳管陣列可以用來(lái)做為光子組件，例如深紫外光子晶體(photonic crystal)或可見(jiàn)光吸收子(visible light absorber)，為碳管又添加一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，也擴(kuò)大了光子晶體的操作波段。
碳納米管由于有優(yōu)異的電性及機(jī)械性質(zhì)，因此適合各種應(yīng)用，例如晶體管、傳感器、致動(dòng)器及納米復(fù)合材料等。它以也同時(shí)具有良好的光電特性，例如它可做為超快激光器中的飽和吸收子(saturable absorber)，或在可見(jiàn)光波段擔(dān)任納米天線(nanoantenna)，最近它又多了充當(dāng)光子晶體的功能。
光子晶體是由周期性排列的介電材料所組成，又被稱為“光子的半導(dǎo)體”，它具有半導(dǎo)體般的能帶結(jié)構(gòu)(band structure)，不過(guò)是光子的能帶結(jié)構(gòu)，頻率落在光子能隙(photonic band gap)中的光是無(wú)法傳遞的。目前對(duì)于光子晶體的研究多半局限在近紅外或可見(jiàn)光波段。
最近希臘愛(ài)奧尼亞(Ioannia)大學(xué)的Elefterios Lidorikis及英國(guó)劍橋大學(xué)的Andrea Ferrari針對(duì)排成正方晶格的多壁式碳納米管陣列，進(jìn)行偏振為橫向磁場(chǎng)(TM)模的光子能帶結(jié)構(gòu)計(jì)算，即電磁波的電場(chǎng)平行管軸。他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)碳管間距為20及30 nm時(shí)，會(huì)有位于深紫外波段的光子能隙出現(xiàn)，范圍在25至35 eV。
上述兩位科學(xué)家表示，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)意味著在可見(jiàn)光波段利用光子晶體來(lái)操控光的各種技術(shù)(如抑制自發(fā)輻射、導(dǎo)光、超級(jí)透鏡、負(fù)折射等等)，都有可能應(yīng)用在以多壁式碳管組成的深紫外光光子晶體上。Ferrari指出，多壁式碳管在可見(jiàn)光波段會(huì)吸收光，因此不適合制作光子晶體，不過(guò)高吸收率可以開(kāi)發(fā)制作新組件，不靠光子能隙來(lái)反射光，而是以光子吸收能帶(photonic absorption band)來(lái)完全吸收掉入射的可見(jiàn)光，這種現(xiàn)象很適合應(yīng)用在太陽(yáng)能電池中。
