Forskere modellerer fotoluminescenskinetik i halvleder nanoplader for bedre optoelektronik

Forskere fra Skoltech og deres kolleger har bygget to modeller, der præcist forklarer den lysemitterende adfærd af halvleder nanoplader, små strukturer, der kan blive byggestenene til fremtidens optoelektronik. Artiklen blev offentliggjort i tidsskriftet Fysisk kemi Kemisk fysik .

Optoelektronik, et felt af fotonik, der udnytter kvantemekaniske effekter af lys på elektroniske materialer, især halvledere, har vundet meget indpas for sit løfte i alle mulige applikationer. Disse spænder fra solceller og LED'er til kolloide lasere, en teknologi, der forventes at erstatte konventionelle halvlederlaserdioder, der bruges i stregkodescannere og fiberoptisk kommunikation.

I søgen efter materialer med bedre optiske egenskaber mere velegnede til brug i optoelektronik, forskning har fokuseret på nanoblodplader, som er meget lovende lavdimensionelle halvleder nanokrystaller. Disse er flade strukturer, kun et par nanometer i størrelse, og bemærkelsesværdig alsidig og tunerbar. Moderne præcisionssynteseteknikker gør det muligt for forskere at dyrke dem i det væsentlige on-demand, kontrollere deres form, tykkelse, og krystalstruktur. Disse parametre påvirker direkte fotoluminescensevnen og egenskaberne.

"At skræddersy syntesen af ​​fotoluminescerende nanokrystaller til specifikke anvendelser kan kræve forudsigelser af spektral- og afslapningsegenskaber. Derfor, vi har brug for en detaljeret forståelse og modellering af den underliggende kinetik, "Skoltech -præst Keith Stevenson, professor ved Center for Energividenskab og Teknologi og medforfatter til artiklen, forklarer.

Stevenson, Ph.D. kandidat Aleksandr Kurilovich og Vladimir Palyulin, Adjunkt ved Center for Computational and Data-intensive Science and Engineering, sluttede sig til deres kolleger for at fokusere på en måde at forklare ikke-trivielle kinetik af halvleder nanoplatelet fotoluminescens i eksperimenter. Ifølge forskerne, tidligere teoretiske beskrivelser og eksperimentelle fund har altid antaget et eksponentielt henfald af fotoluminescensintensitet i nanoplateter. Men nyere målinger viste en stærk magtlovsadfærd i lang tid, peger på kompleksitet.

Holdet byggede to modeller, en simulering og en teoretisk, beskriver kinetikken af ​​fotoluminescens i nanoblodplader gennem aktiviteten af ​​excitoner, kvasipartikler i halvlederen, der er ansvarlige for lysemission i tilfælde af deres rekombination. Modellerne peger på indfangning af excitoner ved overfladedefekter og dets samspil med diffusion som nøgleårsager til den komplekse kinetik. Dette gjorde det muligt at fortolke eksperimentelle resultater fra sammensatte nanoblodplader lavet af cadmiumselenid og cadmiumsulfid.

"Modellen viser vigtigheden af ​​defekter på lange tidspunkter og deres evne til at forsinke rekombinationen. Dette kunne bruges til at estimere den nødvendige defekttæthed for at bremse emissionen, dermed, forlænge emissionstiden, " siger Stevenson.

Andre organisationer involveret i denne forskning omfatter Lomonosov Moscow State University, Institute for Physics &Astronomy ved University of Potsdam, og Akhiezer Institut for Teoretisk Fysik, National Science Center "Kharkov Institut for Fysik og Teknologi".