希腊及英国科学家最近对碳纳米管(carbon nanotube, CNT)组成的二维阵列进行理论研究,发现碳管阵列可以用来做为光子组件,例如深紫外光子晶体(photonic crystal)或可见光吸收子(visible light absorber),为碳管又添加一项优点,也扩大了光子晶体的操作波段。
碳纳米管由于有优异的电性及机械性质,因此适合各种应用,例如晶体管、传感器、致动器及纳米复合材料等。它以也同时具有良好的光电特性,例如它可做为超快激光器中的饱和吸收子(saturable absorber),或在可见光波段担任纳米天线(nanoantenna),最近它又多了充当光子晶体的功能。
光子晶体是由周期性排列的介电材料所组成,又被称为“光子的半导体”,它具有半导体般的能带结构(band structure),不过是光子的能带结构,频率落在光子能隙(photonic band gap)中的光是无法传递的。目前对于光子晶体的研究多半局限在近红外或可见光波段。
最近希腊爱奥尼亚(Ioannia)大学的Elefterios Lidorikis及英国剑桥大学的Andrea Ferrari针对排成正方晶格的多壁式碳纳米管阵列,进行偏振为横向磁场(TM)模的光子能带结构计算,即电磁波的电场平行管轴。他们发现当碳管间距为20及30 nm时,会有位于深紫外波段的光子能隙出现,范围在25至35 eV。
上述两位科学家表示,这项发现意味着在可见光波段利用光子晶体来操控光的各种技术(如抑制自发辐射、导光、超级透镜、负折射等等),都有可能应用在以多壁式碳管组成的深紫外光光子晶体上。Ferrari指出,多壁式碳管在可见光波段会吸收光,因此不适合制作光子晶体,不过高吸收率可以开发制作新组件,不靠光子能隙来反射光,而是以光子吸收能带(photonic absorption band)来完全吸收掉入射的可见光,这种现象很适合应用在太阳能电池中。