庆应义塾大学理工学部物理信息工学科的牧英之教授与美国赖斯大学电气和计算机学科的河野纯一郎教授等人的研究团队，利用一维纳米材料——碳纳米管高密度排列和层叠形成的碳纳米管取向膜，成功开发出了直接产生宽波段偏振光的电驱动热光源。
图1：左图：新开发的碳纳米管取向膜热光源器件模式图。中央：在实验中利用近红外相机获得的发光图像。右图：热光源偏振光的发光依赖性。通过偏振光板测量该器件发出的光，记过显示出了光强度对偏振光板的角度具有依赖性。如果不是偏振光，测量的光强度不会随着偏振光板的角度而变化，因此光强度依赖性呈圆形，右图的测量结果呈现除了向0度方向延伸的形状，表示该器件发出的是偏振光。（供图：庆应义塾大学）
庆应义塾大学牧英之教授的研究室一直在利用石墨烯等开发热光源，通过新使用赖斯大学开发的高密度碳纳米管取向膜，有望实现以往的碳纳米材料所没有的、来自于强各向异性的新型热光源。
此次，作为新的热光源材料，研究团队着眼于每平方厘米密集填充10万亿个碳纳米管的碳纳米管取向膜，在硅芯片上将其制成器件，由此开发了在可见光～红外光范围发光的热光源。对该元件通电加热使其发光后发现，这种光为来自黑体辐射的宽波段热辐射，而且可以直接产生偏振光。研究团队还制作了具有不同碳纳米管取向方向的元件进行了确认，发现可以获得沿着碳纳米管取向方向的偏振光。
图2：左图：微米级局部发光的器件模式图。通过有意错开电极的位置，利用碳纳米管取向膜的各向异性实现了宽1μm的局部发光。
右图：在实验中获得的局部发光的近红外发光图像。光纤不出现在整个电极之间，而是在电极（左）上端至电极（右）下端才能观察得到的局部发光。（供图：庆应义塾大学）
研究团队还根据获得的发光特性和偏振光特性创建理论模型，发现构成取向膜的碳纳米管的低维度对此有很大贡献，而且偏振度会随着碳纳米管的温度而变化。另外，通过积极利用碳纳米管取向膜的电和热各向异性，还成功控制了发光特性，实现了微米级局部发光。
牧英之教授表示：“这种偏振光热光源除了能直接获得宽波段范围的偏振光外，还具有可以在平面上的基板或芯片上直接形成的特点。预计会成为新开拓利用偏振光的应用的光源，可应用于直接在基板上集成偏振光光源的集成光器件用光源，以及小面积的偏振光分析技术和自旋测量技术等。”
【论文信息】
杂志：ACS Materials Letters
论文：Electrical Generation of Polarized Broadband Radiation from an On-Chip Aligned Carbon
Nanotube Film
URL： doi.org/10.1021/acsmaterialslett.2c00058
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
