Semiconductor quantum dots (QD's) zijn halfgeleiders op nanoschaal die grootteafhankelijke fysieke eigenschappen vertonen. Bijvoorbeeld, de kleur (golflengte) van het licht dat ze absorberen verandert drastisch naarmate de diameter kleiner wordt. Grafeen is een atomair dikke laag koolstofatomen, gerangschikt in een hexagonaal roosterpatroon. In dit werk, QD's zijn gecombineerd met grafeen om fotonische apparaten op nanoschaal te ontwikkelen die ons vermogen om licht te detecteren drastisch kunnen verbeteren.

Quantum dots kunnen licht absorberen en overbrengen naar grafeen, maar de efficiëntie van de overdracht hangt af van hoe ver de QD's en het grafeen van elkaar zijn gescheiden. Deze studie toonde aan dat de dikte van de organische molecuullaag die typisch de QD's omringt, cruciaal is voor het bereiken van een voldoende hoge efficiëntie van deze licht- / energieoverdracht naar het grafeen. In andere werken, hoe dunner de organische laag, des te beter.

Deze overdracht kan verder worden geoptimaliseerd door de interface tussen de twee nanomaterialen te ontwerpen, specifiek het optimaliseren van de dikte van de organische afdekmoleculen op de kwantumstippen. Op basis van dit werk, verdere verbetering van de prestaties van deze nano-fotonische apparaten kan worden verwacht.

Commerciële cadmiumselenide (CdSe) kwantumstippen hebben lange isolerende organische liganden die hun gebruik in energie- en ladingsoverdrachtstoepassingen waarvoor korte afstanden tussen de QD's en andere materialen van cruciaal belang zijn, voorkomen. Kort, chloorliganden die CdSe QD's hebben gepassiveerd, zijn een intrigerend alternatief materiaal om de interactie te verbeteren met materialen waarin ladingsdragers, zoals elektronen, gemakkelijk kan voeren.

Grafeen is zo'n materiaal. De combinatie van CdSe-kwantumdots en grafeen zou de sleutel kunnen zijn tot de ontwikkeling en implementatie van materiaalsystemen op nanoschaal in flexibele elektronica en fotodetectoren.

Wat zijn de details?

— CFN-mogelijkheden:de Advanced Optical Microscopy Facility heeft de in de tijd opgeloste fotoluminescentie gemeten van geïsoleerde CdSe-kwantumdots die op grafeen zijn afgezet.

— Het team ontdekte dat korte, chloride-afgetopte CdSe-kwantumdots, afgezet op met chemische dampen afgezet, monolaag laag grafeen, vertoonden een zeer efficiënte energieoverdracht naar het grafeen met een 4x waargenomen vermindering van de excitonische levensduur. Dit toonde een significante near-field-koppeling tussen kwantumstippen en het grafeen aan.