Onderzoekers van Skoltech en hun collega's hebben twee modellen gebouwd die het lichtemitterende gedrag van halfgeleider-nanoplaatjes nauwkeurig verklaren, minuscule structuren die de bouwstenen kunnen worden voor de opto-elektronica van de toekomst. Het artikel is gepubliceerd in het tijdschrift Fysische chemie Chemische fysica .

Opto-elektronica, een gebied van fotonica dat gebruikmaakt van kwantummechanische effecten van licht op elektronische materialen, in het bijzonder halfgeleiders, heeft veel grip gekregen vanwege zijn belofte in allerlei toepassingen. Deze variëren van zonnecellen en LED's tot colloïdale lasers, een technologie die naar verwachting de conventionele halfgeleiderlaserdiodes zal vervangen die worden gebruikt in barcodescanners en glasvezelcommunicatie.

Op zoek naar materialen met betere optische eigenschappen die beter geschikt zijn voor gebruik in de opto-elektronica, onderzoek heeft zich gericht op nanobloedplaatjes, die veelbelovende laagdimensionale halfgeleider nanokristallen zijn. Dit zijn platte constructies, slechts enkele nanometers groot, en opmerkelijk veelzijdig en afstembaar. Moderne precisiesynthesetechnieken stellen onderzoekers in staat om ze in wezen on-demand te kweken, hun vorm beheersen, dikte, en kristalstructuur. Deze parameters hebben direct invloed op het fotoluminescentievermogen en de eigenschappen.

"Om de synthese van fotoluminescente nanokristallen op maat te maken voor specifieke toepassingen, kunnen voorspellingen van spectrale en relaxatiekenmerken nodig zijn. we hebben een gedetailleerd begrip en modellering nodig van de onderliggende kinetiek, " Skoltech Provoost Keith Stevenson, professor aan het Center for Energy Science and Technology en co-auteur van het artikel, verklaart.

Stevenson, doctoraat afgestudeerd Aleksandr Kurilovich en Vladimir Palyulin, Universitair docent bij het Centre for Computational and Data-Intensive Science and Engineering, voegden zich bij hun collega's om zich te concentreren op een manier om niet-triviale kinetiek van fotoluminescentie van halfgeleider nanoplaatjes in experimenten te verklaren. Volgens de onderzoekers is eerdere theoretische beschrijvingen en experimentele bevindingen gingen altijd uit van een exponentieel verval van de fotoluminescentie-intensiteit in nanobloedplaatjes. Maar recentere metingen toonden een sterk machtswetgedrag van de oude, wijzen op complexiteit.

Het team bouwde twee modellen, een simulatie en een theoretische, het beschrijven van de kinetiek van fotoluminescentie in nanobloedplaatjes door de activiteit van excitonen, quasideeltjes in de halfgeleider die verantwoordelijk zijn voor lichtemissie in het geval van hun recombinatie. De modellen wijzen op het vangen van excitonen bij oppervlaktedefecten en het samenspel met diffusie als belangrijkste redenen voor de complexe kinetiek. Dit maakte het mogelijk om met succes experimentele resultaten te interpreteren van composiet nanobloedplaatjes gemaakt van cadmiumselenide en cadmiumsulfide.

"Het model toont het belang van defecten op lange termijn en hun vermogen om de recombinatie te vertragen. Dit zou kunnen worden gebruikt om de benodigde defectdichtheid te schatten voor het vertragen van de emissie, dus, verlenging van de emissietijd, ' zegt Stevenson.

Andere organisaties die bij dit onderzoek betrokken zijn, zijn onder meer Lomonosov Moscow State University, Instituut voor Natuur- en Sterrenkunde aan de Universiteit van Potsdam, en Akhiezer Instituut voor Theoretische Fysica, National Science Center "Kharkov Instituut voor Natuurkunde en Technologie".