Хімія, фізика та технологія поверхні, 2023, 14 (3), 387-392.

Ефект Хонг-Оу-Менделя в композитах «терморозширений графіт – вуглецеві нанотрубки»



DOI: https://doi.org/10.15407/hftp14.03.387

L. A. Karachevtseva, M. T. Kartel, Yu. I. Sementsov, O. O. Lytvynenko, O. Yu. Sapelnikova

Анотація


Досліджено вплив багатошарових вуглецевих нанотрубок (ВНТ) на спектральні характеристики композитів «терморозширений графіт – вуглецеві нанотрубки (ТРГ–ВНТ)». Введення ВНТ у кількості 0–3 % від маси ТРГ призводить до значного підвищення міцнісних характеристик і термостабільності отримуваних композитів. Цей результат вказує на те, що ВНТ є ідеальним наповнювачем для композитів на основі ТРГ. Вимірювання гігантських двополярних осциляцій з дуже малою напівшириною 0,5 см–1 свідчать про сильну взаємодію поверхневих поляритонів з фотонами. При збігу частот локальних коливань поверхневих зв’язків вуглецевих нанотрубок і мод уздовж кордонів «ТРГ–ВНТ» поглинання світла збільшується в 102–105 разів.

Так, ІЧ-поглинання з двополярними коливаннями було виміряно у ТРГ при відсутності нанотрубок (0 % ВНТ) на частоті 2750 см-1, що є власною оптичною модою в термо-розширеному графіті. У спектрах             ІЧ-поглинання композиту ТРГ–ВНТ при введенні 1% вуглецевих нанотрубок виміряно 5 піків із двополярними коливаннями. При вмісті 3% вуглецевих нанотрубок в композиті виміряно 8 піків з двополярними коливаннями на частотах оптичної моди вздовж меж ТРГ–ВНТ. Загалом, коли частоти локальних коливань вуглецевих нанотрубок і мод композиту збігаються, поглинання світла надзвичайно зростає (в 102–105 разів), і утворюються двополярні коливання ІЧ-поглинання з негативними складовими.

Загалом, двофотонна інтерференція є результатом квантового заплутування дипольно-активних коливань і розщеплення фотонів відповідно до квантового ефекту Хонг-Оу-Менделя (HOM). Двофотонна заплутаність побудована на основі станів заплутаності, також відомих як стани Белла. Використання HOM-квантового ефекту на композитах «ТРГ–ВНТ» є перспективним при розробці висококогерентних оптичних квантових комп’ютерів.


Ключові слова


терморозширений графіт; багатостінні вуглецеві нанотрубки; ефект Хонг-Оу-Менделя; спектри ІЧ поглинання

Повний текст:

PDF (English)

Посилання


Sementsov Yu.I. Formation of Structure and Properties of sp2-Carbon Nanomaterials and Functional Composites with Their Participation. (Kyiv: Interservis, 2019).

Kartel M., Sementsov Y., Dovbeshko G., Karachevtseva L., Makhno S., Aleksyeyeva T., Grebel'na Y., Styopkin V., Wang B., Stubrov Y. Lamellar structures from graphene nanoparticles produced by anode oxidation. Adv. Mater. Lett. 2017. 8(3): 212. https://doi.org/10.5185/amlett.2017.1428

Treacy M., Ebbesen T., Gibson J. Exceptionally high Young's modulus observed for individual carbon nanotubes. Nature. 1996. 381: 678. https://doi.org/10.1038/381678a0

Bokobza L. Multiwall carbon nanotube elastomeric composites. Polymer. 2007. 48(17): 4907. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2007.06.046

Bauhofer W., Kovacs J. A review and analysis of electrical percolation in carbon nanotube polymer composites. Compos. Sci. Technol. 2009. 69(10): 1486. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2008.06.018

Lacerda L., Bianco A., Prato M., Kostarelos M. Carbon nanotubes as nanomedicines: from toxicology to pharmacology. Adv. Drug Del. Rev. 2006. 58(14): 1460. https://doi.org/10.1016/j.addr.2006.09.015

Wilder M., Venema L., Rinzler A., Smalle R., Dekker C. Electronic structure of atomically resolved carbon nanotubes. Nature. 1998. 391: 59. https://doi.org/10.1038/34139

Fan S., Chapline M., Franklin N., Tombler T., Cassell A., Dai H. Self-oriented regular arrays of carbon nanotubes and their field emission properties. Science. 1999. 283(5401): 512. https://doi.org/10.1126/science.283.5401.512

Wei B., Vajtai R., Ajayan P. Reliability and current carrying capacity of carbon nanotubes. Appl. Phys. Lett. 2001. 79(8): 1172. https://doi.org/10.1063/1.1396632

Zou G., Yang H., Jain M., Zhou H., Williams D., Zhou M., McCleskey T., Burrell A., Jia Q. Vertical connection of carbon nanotubes to silicon at room temperature using a chemical route. 2009. Carbon. 47(4): 933. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2008.11.017

Thostenson E., Ren Z., Chou T-W. Advances in the Science and Technology of Carbon Nanotubes and their Composites. A Review. Compos. Sci. Technol. 2001. 61(13): 1899. https://doi.org/10.1016/S0266-3538(01)00094-X

Kompan M., Aksyanov I. Near-UV narrow-band luminescene of polyethylene and polytetrafluoroethylene. Phys. Solid State. 2009. 51: 1083. https://doi.org/10.1134/S1063783409050291

Trachevskiy V., Kartel M., Sementsov Yu., Ilina K., Wang Bo. Modification of Rubbers with Carbon Nanotubes. Int. J. Recent Sci. Res. 20178(7): 18822.

Karachevtseva L.A., Kartel M.T., Lytvynenko O.O., Onyshchenko V.F., Parshyn K.A., Stronska O.J. Polymer-nanoparticle coatings on macroporous silicon matrix. Adv. Mater. Lett. 2017. 8(4): 336. https://doi.org/10.5185/amlett.2017.1412

Karachevtseva L., Kartel M., Bo Wang, Sementsov Yu., Trachevskyi V., Lytvynenko O., Onyshchenko V. Formation of carbon sp3 hybridization bonds in local electric fields of composites "polymer-CNT". Adv. Mater. Lett. 2018. 9(4): 296. https://doi.org/10.5185/amlett.2018.1964

Karachevtseva L.A., Kartel M.T., Lytvynenko O.O. 1D and 2D polaritons in macroporous silicon structures with nano-coatings. Him. Fiz. Tehnol. Poverhni. 2021. 11(1): 9. https://doi.org/10.15407/hftp12.01.009

Vidano R., Fishbach D. Observation of Raman band shifting with excitation wavelength for carbons and graphites. Solid State Commun. 1981. 39(2): 341. https://doi.org/10.1016/0038-1098(81)90686-4

Vidano R., Fischbach D.B. New bands in the Raman spectra of carbons and graphite. J. Am. Ceram. Soc. 1978. 61(1-2): 13. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1978.tb09219.x

Vinogradov E.A. Semiconductor microcavity polaritons. Physics-Uspekhi. 2002. 45(12): 1213. https://doi.org/10.1070/PU2002v045n12ABEH001189

Vinogradov E.A., Zhizhin G.N., Yakovlev V.A. Resonance between dipole oscillations of atoms and interference modes in crystalline films. J. Exp. Theor. Phys. 1979. 50: 486.

Ou Z., Hong C., Mandel L. Relation between input and output states for a beam splitter. Opt. Commun. 1987. 63(2): 118. https://doi.org/10.1016/0030-4018(87)90271-9

Kartel M.T., Karachevtseva L.A., Sementsov Yu.I., Lytvynenko O.O. Hong-Ou-Mandel quantum effect on "polymer - multiwall CNT" composites. Him. Fiz. Tehnol. Poverhni. 2022. 13(2): 170. https://doi.org/10.15407/hftp13.02.170




DOI: https://doi.org/10.15407/hftp14.03.387

Copyright (©) 2023 L. A. Karachevtseva, M. T. Kartel, Yu. I. Sementsov, O. O. Lytvynenko, O. Yu. Sapelnikova

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.