通常，缺陷被認為是“壞”的東西，它會對材料的性能產生負面影響，使其不那么完美。然而，在某些納米材料中，例如碳納米管，這些“缺陷”可以產生一些“好的”東西，并使新的功能成為可能。在這里，精確的缺陷類型是至關重要的。碳納米管由卷起來的六邊形sp2碳原子晶格片組成，就像它們在苯中也存在一樣。這些空心管直徑約為一納米，長可達幾微米。

　　
碳納米管的光學特性可以通過缺陷來改善，該碳納米管由sp2碳原子的卷起的六邊形晶格組成。一種新的反應途徑能夠選擇性地產生光學活性的sp3缺陷。即使在室溫下，它們也可以發射近紅外的單光子。

　　
通過一定的化學反應，晶格中的幾個sp2碳原子可以轉化為sp3碳，甲烷或鉆石中也有。這改變了碳納米管的局部電子結構，并導致了一個光學活性缺陷。這些sp3缺陷在近紅外波段發出的光更遠，總體上比未被功能化的納米管更發光。由于碳納米管的幾何形狀，引入sp3碳原子的精確位置決定了缺陷的光學性質。不幸的是，到目前為止，對缺陷形成的控制還非常有限，研究人員說。

　　
海德堡大學的科學家和她的團隊近展示了一種新的化學反應途徑，該途徑能夠控制缺陷并選擇性地產生一種特定類型的sp3缺陷。這些光學活性缺陷比之前引入的任何“缺陷”都“更好”。研究人員解釋說，它們不僅更發光，而且在室溫下還顯示出單光子發射。在這個過程中，一次只能發射一個光子，這是量子密碼學和高度安全通信的先決條件。

　　
據研究人員說，這種新的功能化方法，親核加成，非常簡單，不需要任何特殊設備。我們才剛剛開始探索這種技術的潛在應用。許多化學和光物理方面仍然是未知的。然而，我們的目標是創造出更好的缺陷。

 

本研究的目標是理解和設計碳納米管缺陷的電子和光學特性。

　　
這些缺陷之間的化學差異很微妙，所需的結合配置通常只在少數納米管中形成。能夠制造出具有特定缺陷和缺陷密度可控的大量納米管，為光電器件和電泵單光子源鋪平了道路，這是量子密碼學未來應用所需要的，相關人員說。