Een van de grote voordelen van de kleine halfgeleiderstukjes die bekend staan ​​als kwantumstippen, is dat ze meerdere elektronen uit een enkel foton kunnen halen. een functie genaamd "carrier vermenigvuldiging, " wat kan leiden tot goedkope en zeer efficiënte zonnecellen en nieuwe soorten foto- en stralingsdetectoren.

Het detecteren en kwantificeren van dit vermenigvuldigingsproces in werkende apparaten is een uitdaging gebleken, echter, zoals opgemerkt door Victor Klimov, directeur van het Center for Advanced Solar Photophysics (CASP) in het Los Alamos National Laboratory. "De belangrijkste vooruitgang is een nieuw ontwikkelde mogelijkheid waarmee we het lot van fotogegenereerde elektronen op ultrasnelle tijdschalen rechtstreeks in de fotostroommetingen kunnen volgen. Onderzoek in ons team en elders was eerder gericht op het gebruik van optische spectroscopie voor het detecteren van dragervermenigvuldiging en het kwantificeren van de efficiëntie ervan, " hij zei.

"Het is onduidelijk gebleven of de efficiëntie die wordt waargenomen bij spectroscopische metingen kan worden gereproduceerd in een fotostroom van echte apparaten. Onze nieuwe studie stelt ons in staat om deze belangrijke vraag te beantwoorden."

De nieuwe techniek omvat het bewaken van fotostroomtransiënten in speciaal ontworpen fotodetectoren die een zeer hoge temporele resolutie van slechts 50 picoseconden bieden.

Jianbo Gao, de postdoctoraal onderzoeker die aan dit project werkt en co-auteur van een nieuwe Nature Communications-paper, zei, "De metingen zijn mogelijk geworden met behulp van nieuw ontwikkelde fotodetectoren die kwantumdots als onderdeel van het apparaat bevatten en die dienen als de actieve fotogeleidende laag. Met behulp van een geschikt fotodetectorontwerp in combinatie met ultrasnelle elektronica, we zijn in staat geweest om zeer korte fotostroompieken op te lossen als gevolg van multi-excitonen geproduceerd in een dragervermenigvuldigingsproces."

zei Andrew Fidler, een postdoctorale fellow van Los Alamos Director aan het project, "Een belangrijk probleem bij het vermenigvuldigen van dragers is het snel extraheren van fotogegenereerde dragers voordat ze opnieuw combineren." In het geval van multi-excitonen, dit recombinatieproces wordt bepaald door het zogenaamde Auger-verval, die wordt gekenmerkt door extreem korte, tijdschalen van picoseconden. "Met onze nieuwe fotodetectoren, we hebben aangetoond dat door een geschikte chemische behandeling toe te passen op de buitenste laag van de kwantumdot, we kunnen ladingen extraheren uit de kwantumstip voorafgaand aan hun recombinatie. Dit bewijst dat carrier-vermenigvuldiging een haalbare benadering is om de fotostroom van echte apparaten te verbeteren."