Al optisk kontrol af exciton -flow i et kolloidalt kvantebrøndskompleks

Exciton-baserede solid-state-enheder har potentiale til at være afgørende byggesten for moderne informationsteknologi til at bremse afslutningen på Moores lov. Udnyttelse af excitoniske enheder kræver evnen til at kontrollere de excitoniske egenskaber (f.eks. exciton flow, exciton -rekombinationshastigheder eller exciton -energi) i et aktivt medium. Imidlertid, indtil nu, de demonstrerede teknikker til excitonisk kontrol enten har været iboende komplekse eller ofret operationshastigheden, som er selvnedslående og upraktisk til egentlig implementering. Derfor, en ordning med vægt på altoptisk kontrol, bottom-up fremstilling og selvmontering er meget ønsket til virkelige applikationer.

I et nyt papir udgivet i Letvidenskab og applikationer , forskere fra School of Electrical &Electronic Engineering, Nanyang Teknologisk Universitet, Singapore, udviklet en bekvem måde at kontrollere exciton -strømning mellem forskellige kolloidale kvantebrønde (CQW'er) ved stuetemperatur, alt gennem optiske signaler. Gennem kombinationen af ​​stimuleret emission og Förster resonans energioverførsel (FRET), strømmen af ​​excitoner mellem donor Cadium selenid (CdSe) -kerne-kun CQW'er og acceptor CdS/CdSe/CdS core-shell CQW'er kan stærkt manipuleres. Ved hjælp af denne metode, kontinuerlig overgang mellem tre forskellige exciton -strømningsregimer med effektiviteter på ~ 50%, ~ 90% og ~ 2% er påvist. Den rapporterede metode og teknik, som demonstrerer en laboratorieprototype af en altoptisk kontrollerbar exciton-strømningsenhed med flere moduleringstrin, kan inspirere til design af alle optiske excitoniske kredsløb, der fungerer ved stuetemperatur.

Metodens kerneidé er baseret på konkurrencen om stimuleret emissionsrate, spontan emissionsrate og FRET rate sammen med tærskeladfærden for stimuleret emission. Disse forskere opsummerer den excitoniske flowkontrolproces i deres værker:

"Ved lav pumpefluence, når emissionen af ​​både donorer og acceptorer er spontan, næsten 50% af excitonpopulationen i donorerne strømmer ind i acceptorerne via FRET. Ved at øge pumpeniveauet for at opnå stimuleret emission i acceptorerne, vi kan i høj grad øge exciton -strømningseffektiviteten op til 90%, da hurtig udtømning af excitoner i acceptorerne fremmer FRET -processen betydeligt. Efter yderligere forøgelse af fluensen til at starte stimuleret emission hos donorerne, exciton -strømmen mod acceptorerne slukker næsten, fordi den stimulerede emissionsrate hos donorer er meget hurtigere end FRET -hastigheden. "

"For at få en dybere indsigt i denne proces, vi har udviklet en FRET-koblet kinetisk model til at identificere de konkurrerende processer, der er ansvarlige for manipulation af exciton-flow på forskellige niveauer af optisk excitation. Simuleringsresultaterne kan kvalitativt gengive exciton -strømningstendensen fra donorerne til acceptorerne demonstreret i vores eksperimenter. "Junhong Yu, forskningens første forfatter, tilføjet.

"Denne aktive excitoniske kontrol i en altoptisk enhed (dvs. en hviskende galleritilstandskonfiguration) tilbyder ikke kun en platform til at få dybere indsigt i FRET-fysikken, men er også stærkt at foretrække til excitonbaseret informationsbehandling med potentialer for alle-optisk-kontrol excitoniske kredsløb. "Dr. Cuong Dang, sagde seniorforfatteren af ​​forskningen.

"Forfatterne diskuterer en meget rettidig videnskabelig udfordring, som skal bevæge sig mod de excitoniske anordninger. Styring af exciton-strømmen i de optisk aktive medier er det væsentlige krav for udviklingen af ​​en solid-state-enhed, og dermed, har været i centrum for opmærksomheden. Anvendelsen af ​​populationsoverlap moduleret af laservirkningen i donor-acceptor-parene vil være en interessant tilføjelse til udvidelsen af ​​excitoniske undersøgelser af optisk aktive materialer. Denne undersøgelse har fordele, og fremskridtet er teknologisk, tilbyder en altoptisk rute til at manipulere excitonstrøm i kolloidale kvantebrøndstrukturer, "Dr. Lei, en af ​​anmelderne på LSA sagde.