p As propriedades dos nanomateriais à base de carbono podem ser alteradas e projetadas por meio da introdução deliberada de certas "imperfeições" ou defeitos estruturais. O desafio, Contudo, é controlar o número e o tipo desses defeitos. No caso dos nanotubos de carbono - compostos tubulares microscopicamente pequenos que emitem luz no infravermelho próximo - químicos e cientistas de materiais da Universidade de Heidelberg liderados pela Profa. Dra. Jana Zaumseil demonstraram agora uma nova via de reação para permitir esse controle de defeitos. Isso resulta em defeitos opticamente ativos específicos - os chamados defeitos sp3 - que são mais luminescentes e podem emitir fótons únicos, isso é, partículas de luz. A emissão eficiente de luz infravermelha próxima é importante para aplicações em telecomunicações e imagens biológicas. p Normalmente, os defeitos são considerados algo "ruim" que afeta negativamente as propriedades de um material, tornando-o menos perfeito. Contudo, em certos nanomateriais, como os nanotubos de carbono, essas "imperfeições" podem resultar em algo "bom" e possibilitar novas funcionalidades. Aqui, o tipo preciso de defeitos é crucial. Os nanotubos de carbono consistem em folhas enroladas de uma rede hexagonal de átomos de carbono sp2, como também ocorrem no benzeno. Esses tubos ocos têm cerca de um nanômetro de diâmetro e vários micrômetros de comprimento.

p Por meio de certas reações químicas, alguns átomos de carbono sp2 da rede podem ser transformados em carbono sp3, que também é encontrado no metano ou no diamante. Isso muda a estrutura eletrônica local do nanotubo de carbono e resulta em um defeito opticamente ativo. Esses defeitos sp3 emitem luz ainda mais no infravermelho próximo e são, em geral, mais luminescentes do que os nanotubos que não foram funcionalizados. Devido à geometria dos nanotubos de carbono, a posição precisa dos átomos de carbono sp3 introduzidos determina as propriedades ópticas dos defeitos. "Infelizmente, até agora, tem havido muito pouco controle sobre quais defeitos são formados, "diz Jana Zaumseil, que é professor do Instituto de Físico-Química e membro do Centro de Materiais Avançados da Universidade de Heidelberg.

p A cientista de Heidelberg e sua equipe demonstraram recentemente uma nova via de reação química que permite o controle de defeitos e a criação seletiva de apenas um tipo específico de defeito sp3. Esses defeitos opticamente ativos são "melhores" do que qualquer uma das "imperfeições" introduzidas anteriormente. Não só eles são mais luminescentes, eles também mostram a emissão de um único fóton à temperatura ambiente, O Prof. Zaumseil explica. Nesse processo, apenas um fóton é emitido por vez, que é um pré-requisito para criptografia quântica e telecomunicações altamente seguras.

p De acordo com Simon Settele, um estudante de doutorado no grupo de pesquisa do Prof. Zaumseil e o primeiro autor no artigo relatando esses resultados, este novo método de funcionalização - uma adição nucleofílica - é muito simples e não requer nenhum equipamento especial. “Estamos apenas começando a explorar as aplicações potenciais. Muitos aspectos químicos e fotofísicos ainda são desconhecidos. No entanto, o objetivo é criar defeitos ainda melhores. "

p Esta pesquisa faz parte do projeto "Trions e sp3-Defeitos em Nanotubos de Carbono de Parede Única para Optoeletrônica" (TRIFECTs), liderado pelo Prof. Zaumseil e financiado por uma bolsa ERC Consolidator do European Research Council (ERC). Seu objetivo é compreender e projetar as propriedades eletrônicas e ópticas de defeitos em nanotubos de carbono.

p "As diferenças químicas entre esses defeitos são sutis e a configuração de ligação desejada geralmente é formada apenas em uma minoria de nanotubos. Ser capaz de produzir um grande número de nanotubos com um defeito específico e com densidades de defeito controladas abre caminho para dispositivos optoeletrônicos, bem como fontes de fóton único eletricamente bombeadas, que são necessários para futuras aplicações em criptografia quântica, "Prof. Zaumseil diz.