Nyt hybridmateriale kan inspirere til meget effektive næste generations skærme

Forskere ved Indian Institute of Science (IISc) har skabt en ny hybrid af grafen og kvanteprikker, et gennembrud, der kan inspirere til yderst effektive og kontrollerbare næste generations skærme og lysdioder.

Quantum dots er halvleder -nanokrystaller med potentiale til at revolutionere forskellige teknologier, herunder fotovoltaik, medicinsk billeddannelse og kvanteberegning. De kan absorbere UV -lys og producere skarpe, lyse farver, gør dem særligt attraktive for næste generations fjernsyn, smartphones og lysdioder. Imidlertid, de er dårlige elektriske ledere, og derfor ineffektive at bruge i enheder alene. For at forbedre deres effektivitet, forskere har forsøgt at kombinere dem med grafen, en fremragende dirigent. Tilføjelse af grafen ville også give mulighed for at pille ved output selv efter fremstilling, eller tænd og sluk enheden efter eget ønske.

Selvom kombinationen fungerer godt for fotodetektorer og sensorer, det er praktisk talt ubrugeligt til displays og lysdioder, fordi kvanteprikker mister deres evne til at udsende lys, når de smeltes med grafen. Ved at ændre nogle eksperimentelle betingelser, IISc -forskere har fundet en måde at eliminere denne effekt og skabe et yderst effektivt og afstembart hybridmateriale. Resultaterne, udgivet i ACS Photonics , åbne muligheder for en ny generation af state-of-the-art displays og lysdioder.

Quantum dots er ekstremt små partikler med egenskaber, der er langt bedre end konventionelle halvledere. Når den aktiveres af UV -lys, de kan producere synligt lys i forskellige farver afhængigt af deres størrelse. Små prikker producerer blåt lys, for eksempel, mens store stråler rødt.

De absorberer lys meget godt, men de er dårlige elektriske ledere; quantum dot-baserede enheder, der konverterer lys til elektricitet, er derfor ikke særlig effektive. Graphene, på den anden side, er næsten gennemsigtig for lys, men det er en glimrende elektrisk leder. Når de to kombineres, grafen kunne, i princippet, hurtigt trække den absorberede energi væk fra kvantepunkter, reducere energitab, og konvertere det til et elektrisk signal, for eksempel. Dette gør det muligt at skabe enheder som fotodetektorer med ekstrem høj effektivitet.

"Du får det bedste fra begge dele, "siger seniorforfatter Jaydeep Kumar Basu, professor, Institut for Fysik, IISc.

På flip dias, energioverførslen til grafen efterlader kvanteprikker med næsten ingen energi tilbage til at udsende lys, gør det umuligt at bruge dem i displays eller lysdioder.

"Det er et område, hvor anvendelsen af ​​disse hybridmaterialer ikke har taget fart på grund af denne effekt, " siger Basu. "Graphene virker som en svamp, hvad angår kvantepunkterne. Det tillader ikke nogen emission."

Basus team forsøgte at overvinde denne "dæmpende" effekt ved at bringe et fænomen kaldet superradiance i spil. Når individuelle atomer eller emittere (f.eks. Kvantepunkter) i et lag er spændte, hver udsender lys uafhængigt. Under visse betingelser, alle atomer eller emittere kan fås til at udsende lys i samarbejde. Dette giver et meget skarpt lys, med en intensitet, der er betydeligt større end summen af ​​individuelle emissioner.

I en tidligere undersøgelse, Basus team var i stand til at skabe superradians i et tyndt lag med kvantepunkter ved at kombinere det med metal nanopartikler under visse eksperimentelle forhold. De genskabte disse forhold i de nye quantum dot-graphene hybrid-enheder for at producere superradiance, som var stærk nok til at kompensere for slukning. Ved hjælp af modeller, de fandt ud af, at dette sker, når individuelle kvantepunkter er 5 nm eller mindre fra hinanden, og kvantepunktlaget og grafen adskilles med en afstand på 3 nm eller mindre.

"Vi har for første gang vist, at vi er i stand til at komme væk fra denne 'svampe'-effekt, og holde udsenderne i live, "siger Basu.

Når superradiance dominerede, intensiteten af ​​lys udsendt i nærvær af grafen viste sig også at være tre gange højere end hvad der kunne have været opnået ved hjælp af kvantepunkter alene.

"Fordelen med grafen er, at du også kan tune den elektrisk, "siger Basu." Du kan variere intensiteten ved blot at ændre spændingen eller strømmen. "

Undersøgelsen åbner også for nye veje til forskning i forståelse af, hvordan lys og stof interagerer på nanoskalaen, siger forfatterne.