In Kohlenstoffnanoröhren der sogenannten "Sessel-Konformation" sind gebundene Elektron-Loch-Paare für die Lichtabsorption verantwortlich, wie Junichiro Kono von der Rice University in Houston zusammen mit seinen Kollegen herausfand. Die Wissenschaftler waren überrascht, in den metallisch leitenden Nanoröhren einen eigentlich für Halbleiter typischen Absorptionsprozess aufzuspüren. Sie sortierten die Nanoröhren ihrem Durchmesser entsprechend und maßen anschließend die Absorptionskurven der Suspensionen. Deren symmetrische Form deutet auf eine exzitonische Anregung als Absorptionsprozess.

Solche Nanoröhren verfügen über frei bewegliche Elektronen, dennoch verhalten sie sich gegenüber Licht als sei eine Bandlücke vorhanden. Licht mit genug Energie kann ein Elektron in den leitfähigen Zustand anheben, es bildet dann zusammen mit seiner Fehlstelle, einem Loch, eine Einheit – zusammengehalten von der elektrostatischen Anziehung. Diesen gebundenen Zustand bezeichnet man als Exziton.

Metallische Nanoteilchen absorbieren dagegen Licht üblicherweise aufgrund plasmonischer Anregung. Dabei regt einfallendes Licht die frei beweglichen Elektronen zu kollektiven Schwingungen (Plasmonen) an, deren Resonanzfrequenz von Größe und Form der Teilchen abhängt. Die Forscher stellten allerdings fest, dass die Anregungsfrequenz für Plasmonenschwingungen bei den Kohlenstoffnanoröhrchen außerhalb des sichtbaren Spektrums liegt und die Farben daher nicht auf diesen Prozess zurückgehen. Aufgrund dessen und der für Exzitonenanregung typischen Form der Absorptionskurven sind sich die Forscher sicher, den Anregungsprozess eindeutig als exzitonisch identifiziert zu haben.

Die Farbe der Suspensionen basiert auf den nicht absorbierten Wellenlängen des Lichtes – der Durchmesser der Kohlenstoffnanoröhrchen beeinflusst die möglichen Energieniveaus der Elektronen und damit die absorbierbare Lichtwellenlänge.

Weshalb bei metallischen Nanoröhren ein derart exotischer Vorgang für die Lichtabsorption zuständig ist, darüber können die Forscher bisher nur spekulieren. Normalerweise ist die elektrostatische Anziehung in Metallen durch die frei beweglichen Elektronen so stark abgeschirmt, dass sich keine stabilen Elektron-Loch-Paare bilden können. Offensichtlich vermindert aber die geringe Größe der Röhren die Abschirmung derart, dass sich Exzitonen ausbilden können, so die Wissenschaftler. Das sei auch in Übereinstimmung mit zwei früher erschienenen Arbeiten.