Een internationaal team van onderzoekers onder leiding van Russische wetenschappers heeft een nieuwe methode ontwikkeld om silicium nanodeeltjes te gebruiken in plaats van dure halfgeleidermaterialen voor bepaalde soorten beeldschermen en andere opto-elektronische apparaten.

Natuurkundigen van Lomonosov MSU hebben een manier gevonden om silicium nanodeeltjes te "dwingen" om te gloeien in reactie op straling die sterk genoeg is om dure halfgeleiders die in de display-industrie worden gebruikt te vervangen. Volgens Maxim Sjtsjerbakov, onderzoeker bij de afdeling Quantum Electronics van de Staatsuniversiteit van Moskou en een van de auteurs van de studie, de methode verbetert de efficiëntie van fotoluminescentie van nanodeeltjes aanzienlijk.

De sleutel tot de techniek is fotoluminescentie - het proces waarbij materialen die worden bestraald met zichtbare of ultraviolette straling reageren met hun eigen licht, maar in een ander spectraal bereik. In de studie, het materiaal gloeit rood op.

In sommige moderne displays, halfgeleider nanodeeltjes, of zogenaamde kwantumdots, worden gebruikt. In kwantumstippen, elektronen gedragen zich totaal anders dan die in de bulkhalfgeleider, en het is al lang bekend dat kwantumstippen uitstekende lichtgevende eigenschappen bezitten. Vandaag, voor de doeleinden van op quantum-dot gebaseerde displays, dure en giftige materialen worden gebruikt; daarom, onderzoekers hebben het gebruik van silicium onderzocht, dat is goedkoper en goed begrepen. Het is in alle opzichten geschikt voor dergelijk gebruik, behalve één:nanodeeltjes van silicium reageren zwak op straling, wat niet aantrekkelijk is voor de opto-elektronische industrie.

Sinds het begin van de jaren negentig proberen wetenschappers over de hele wereld dit probleem op te lossen. maar tot nu toe, geen noemenswaardig succes is geboekt. Het baanbrekende idee over hoe silicium te "temmen" is ontstaan ​​in Zweden, aan het Koninklijk Instituut voor Technologie, Kista. Een postdoctoraal onderzoeker genaamd Sergey Dyakov, een afgestudeerde van de MSU Faculteit der Natuurkunde en de eerste auteur van het papier, stelde voor om een ​​array van silicium nanodeeltjes in een matrix te plaatsen met een niet-homogeen diëlektrisch medium en deze te bedekken met gouden nanostripes.

"De heterogeniteit van de omgeving, zoals eerder is aangetoond in andere experimenten, maakt het mogelijk om de fotoluminescentie van silicium met verschillende ordes van grootte te verhogen vanwege de zogenaamde kwantumopsluiting, " zegt Maxim Sjtsjerbakov. "Echter, de efficiëntie van de lichtinteractie met nanokristallen blijft nog steeds onvoldoende. Er is voorgesteld om de efficiëntie te verbeteren door plasmonen te gebruiken (quasideeltjes die verschijnen uit fluctuaties van het elektronengas in metalen - ed). Een plasmonrooster gevormd door gouden nanostrepen 'hield' licht op nanoschaal, en maakte een effectievere interactie mogelijk met nanodeeltjes in de buurt, waardoor de luminescentie toeneemt."

De MSU-experimenten met monsters van een "vergulde" matrix met siliciumnanodeeltjes bevestigden op briljante wijze de theoretische voorspellingen - het met UV bestraalde silicium scheen helder genoeg om het in de praktijk te gebruiken.