Exciton-gebaseerde solid-state apparaten hebben het potentieel om essentiële bouwstenen te zijn voor moderne informatietechnologie om het einde van de wet van Moore te vertragen. Het exploiteren van excitonische apparaten vereist het vermogen om de excitonische eigenschappen te beheersen (bijv. exciton stroom, exciton-recombinatiesnelheden of exciton-energie) in een actief medium. Echter, tot nu, de gedemonstreerde technieken voor excitonische controle zijn ofwel inherent complex geweest of hebben de operatiesnelheid opgeofferd, dat is zelfvernietigend en onpraktisch voor daadwerkelijke implementatie. Vandaar, een schema met de nadruk op volledig optische controle, bottom-up fabricage en zelfassemblage is zeer gewenst voor toepassingen in de echte wereld.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Lichtwetenschap en toepassingen , wetenschappers van de School of Electrical &Electronic Engineering, Nanyang Technologische Universiteit, Singapore, een handige manier ontwikkeld om de excitonstroom tussen verschillende colloïdale kwantumputten (CQW's) bij kamertemperatuur te regelen, allemaal via optische signalen. Door de combinatie van gestimuleerde emissie en Förster-resonantie-energieoverdracht (FRET), de stroom van excitonen tussen donor cadiumselenide (CdSe) core-only CQW's en acceptor CdS/CdSe/CdS core-shell CQW's kan sterk worden gemanipuleerd. Met behulp van deze methode, continue overgang tussen drie verschillende excitonstroomregimes met efficiënties van ~ 50%, ~90% en ~2% is aangetoond. De gerapporteerde methode en techniek, die een laboratorium-prototype demonstreren van een volledig optisch controleerbaar exciton-stroomapparaat met meerdere modulatietrappen, kan het ontwerp inspireren van volledig optische excitonische circuits die bij kamertemperatuur werken.

Het kernidee van de methode is gebaseerd op de concurrentie van gestimuleerde emissiesnelheid, spontane emissiesnelheid en FRET-snelheid samen met het drempelgedrag van gestimuleerde emissie. Deze wetenschappers vatten het excitonische stroomregelingsproces in hun werk samen:

"Bij lage pompfluentie wanneer de emissie van zowel donoren als acceptoren spontaan is, bijna 50% van de excitonpopulatie in de donoren stroomt via FRET naar de acceptoren. Door het pompniveau te verhogen om gestimuleerde emissie in de acceptoren te bereiken, we kunnen de efficiëntie van de excitonstroom aanzienlijk verbeteren tot 90%, aangezien een snelle uitputting van excitonen in de acceptoren het FRET-proces aanzienlijk bevordert. Bij verdere verhoging van de fluence om gestimuleerde emissie in de donoren te initiëren, de excitonstroom naar de acceptoren wordt bijna uitgeschakeld omdat de gestimuleerde emissiesnelheid bij donoren veel sneller is dan de FRET-snelheid."

"Om dieper inzicht te krijgen in dit proces, we hebben een FRET-gekoppeld kinetisch model ontwikkeld om de concurrerende processen te identificeren die verantwoordelijk zijn voor de manipulatie van de excitonstroom op verschillende niveaus van optische excitatie. De simulatieresultaten kunnen de excitonstroomtrend van de donoren naar de acceptoren die in onze experimenten zijn aangetoond kwalitatief reproduceren." Junhong Yu, de eerste auteur van het onderzoek, toegevoegd.

"Deze actieve excitonische controle in een volledig optisch apparaat (d.w.z. een fluisterende galerijmodus-laserconfiguratie) biedt niet alleen een platform om dieper inzicht te krijgen in de FRET-fysica, maar heeft ook zeer de voorkeur voor op excitonen gebaseerde informatieverwerking met mogelijkheden van volledig optische controle-excitonische circuits." Dr. Cuong Dang, aldus de senior auteur van het onderzoek.

"De auteurs bespreken een zeer actuele wetenschappelijke uitdaging, die naar de excitonische apparaten moet gaan. Het beheersen van de excitonstroom in de optisch actieve media is de essentiële vereiste voor de ontwikkeling van een solid-state apparaat, en daarom, stond in het middelpunt van de belangstelling. Het gebruik van populatie-overlap gemoduleerd door de laserwerking in de donor-acceptorparen zal een interessante toevoeging zijn aan de uitbreidingsexcitonische studies op optisch actieve materialen. Deze studie heeft verdiensten en de vooruitgang is technologisch, het aanbieden van een volledig optische route om de excitonstroom in colloïdale kwantumputstructuren te manipuleren, "Dr. Lei, een van de recensenten van LSA zei.