Возможность исследовать индивидуальные нанотрубки предоставляет метод отслеживания влияния окружающей среды на свойства нанотрубки. Так как одностенные углеродные нанотрубки однослойные в толщине, можно предположить, что влияние окружающей среды может быть очень значимым. Такие переходы, конечно, достаточно разнообразны по своему характеру, начиная от химических переходов и заканчивая физическими деформациями.
Рисунок 9. Рэлеевский спектр изолированной нанотрубки (А) и процесса образования пучка нанотрубкой А и второй нанотрубкой (А+В). Пики нанотрубки А можно увидеть в пучке вместе с дополнительными пиками нанотрубки В. Пики нанотрубки А сдвинулись в сторону энергий длинных волн на несколько десятков мэВ, когда они появились в пучке.
Рисунок 9 иллюстрирует применение спектроскопии рэлеевского рассеяния в изучении определенного класса изменений, вызванных окружением нанотрубки. В данном случае мы рассматриваем индивидуальную нанотрубку в изолированном состоянии и ее же, но как часть пучка, вместе со второй нанотрубкой. Эта структура образовалась спонтанно во время осаждения фазы. Одна нанотрубка полностью пересекает щель, а другая – только на половину. Рэлеевские спектры изолированной нанотрубки (A) и пучка (A+B) проиллюстрированы. В пучке можно идентифицировать пики, связанные с нанотрубкой (А), в добавок к новым свойствам, возникшим из электронных переходов нанотрубки (В). Особенность спектра, заслуживающая внимания, это то, что переходы в нанотрубке (А) (E₄₄ и E₃₃ - переходы в полупроводниковой нанотрубке) отчетливо сдвинуты по оси энергии, когда они появились в пучке. Пики передислоцировали на более низкие энергии (около 10 мэВ), когда соседняя нанотрубка появилась в пучке. В других наборах данных для подобных конфигураций сдвиги последовательно происходят в направлении низких энергий. К тому же, в некоторых случаях нанотрубки спонтанно формируют Y-соединения. Тогда становится возможным получать спектры отдельно каждого из двух изолированных элементов и в то же время определять сдвиги, вызванные каждым компонентом, формирующим пучок. Опять же, мы видим красные сдвиги для всех энергий переходов. Это наблюдение указывает на то, что возможные деформационные эффекты не значительны, так как влияние деформации в общем случае двигает энергии вверх или вниз.
Мы можем понимать красные сдвиги, вызванные пучками, как следствие взаимодействия носителей заряда в нанотрубках. Энергия, которая тратилась на взаимодействие зарядов в нанотрубке А, в присутствии нанотрубки В теперь частично тратится на взаимодействие с трубкой В, при этом немного уменьшая энергию переходов в трубке А. Спектральные сдвиги переходов в нанотрубках в связи с образованием пучков и другими эффектами из окружающей среды широко описаны в разных ансамблевых измерениях. Как показано здесь, доступ к оптическим измерениям на уровне одной нанотрубки дает возможность исследовать интересные явления с таким уровнем контроля, какого добиться гораздо труднее в ансамблевых измерениях [10].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Процесс рэлеевского рассеяния на частицах или неоднородностях, размеры которых меньше длины волны возбуждающего света, представляет особый интерес ученым, работающим в области исследований нанообъектов. Метод спектроскопии, основанный на рэлеевском рассеянии, имеет широкое применение в комплексных оптических измерениях. Такой метод дает быстрые и точные измерения оптических переходов в индивидуальных одностенных нанотрубках с полупроводниковым и металлическим типами проводимости, дает важную информацию о характеристиках газов и их смесей, является незаменимым инструментом подтверждения и сравнения экспериментальных данных с теоретическими расчетами, значительно облегчает выбор многих оптических характеристик инструментов, применимых к исследуемым материалам в рамановской и фотолюминисцентной спектроскопии. Возможным ограничением использования такого метода является тот факт, что нужный суперконтинуумный лазер имеется не в каждой лаборатории. Это затруднение можно назвать временным в связи с сравнительной новизной метода. Вторым ограничением метода является его высокая чувствительность к фону, в котором находится исследуемый объект. В связи с этим разрабатываются новые техники и подходы, позволяющие получать измерения без влияния окружающей объект среды.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Савельев И. В. Курс общей физики: Учеб. пособие. В 3-х т. Т. 2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. — 3-е изд., испр. — М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. — 496 с.;
2. Барсуков, В.И. Физика. Волновая и квантовая оптика: учебное пособие / В.И. Барсуков, О.С. Дмитриев. - Тамбов: Изд-во ФГБОУ ВПО "ТГТУ", 2012. - 132 с.;
3. Шмидт В. Оптическая спектроскопия для химиков и биологов Москва: Техносфера, 2007- 368 с.;
4. Фабелинский И. Л., Молекулярное рассеяние света, M., 1965;
5. Старунов В. С. рФабелинский И. Л., Вынужденное рассеяние Мандельштама - Бриллюэна, "УФН", 1969, т. 98, с. 441.;
6. Сущинский М. М., Комбинационное рассеяние света и строение вещества, М., 1981;
7. Горяга Г.И., Дегтерёва В. В., Красильников С. С., Красильникова Н. А., Чопорняк Д. Б.. Комбинационное рассеяние света. Лабораторная работа № 4. Учебное пособие. М.: Издательский отдел УНЦ ДО. - 2005;
8. Matthew Y. Sfeir Probing Electronic Transitions in Individual Carbon Nanotubes/ Matthew Y. Sfeir, Feng Wang, Limin Huang, Chia-Chin Chuang, J. Hone, Stephen P. O’Brien, Tony F. Heinz, Louis E. Brus// Scince. – 2004;
9. Laser Rayleigh scattering/ Richard B Miles, Walter R Lempert, Joseph N Forkey//IOP Publishing Ltd, London. – 2001;
10. Heinz T.F. (2007) Rayleigh Scattering Spectroscopy. In: Jorio A., Dresselhaus G., Dresselhaus M.S. (eds) Carbon Nanotubes. Topics in Applied Physics, vol 111. Springer, Berlin, Heidelberg.