Forskere afslører mysteriet om kvantumpunkts blink

(PhysOrg.com) - Forskning fra Los Alamos -forskere offentliggjort i dag i tidsskriftet Natur dokumenterer betydelige fremskridt med at forstå fænomenet quantum-dot blinking. Deres fund bør forbedre biologernes evne til at spore enkeltpartikler, gøre det muligt for teknologer at oprette nye lysemitterende dioder og enkeltfotonkilder, og øge energiforskernes indsats for at udvikle nye typer meget effektive solceller.

Mest spændende er, at Los Alamos -forskerne har vist, at blinkning kan kontrolleres og endda fuldstændigt undertrykkes elektrokemisk. Som Nature -artiklen beskriver, gruppen udviklede et nyt spektroelektrokemisk eksperiment, der tillod dem at styre og aflade en enkelt kvantepunkt, mens de overvåger dens blinkende adfærd. Disse eksperimenter letter opdagelsen af ​​to forskellige blinkende mekanismer. "Vores arbejde er et vigtigt skridt i udviklingen af ​​nanostrukturer med stabile, blinkfrie egenskaber til applikationer fra lysemitterende dioder og enkeltfotonkilder til solceller, "sagde Victor Klimov, LANL -videnskabsmand og direktør for Center for Advanced Solar Photophysics (CASP).

Quantum dots er partikler mellem 1 og 10 nanometer i diameter. Et nanometer er kun en milliarddel af en meter på tværs, eller omkring 1/3000th diameteren af ​​et menneskehår. Ved disse små dimensioner, kvantfysikkens regler gør det muligt for forskere at producere partikler med finjusterbare, størrelsesafhængige elektroniske og optiske egenskaber. Sammen med at de kan fremstilles ved hjælp af lette vådkemiske teknikker, deres kvante karakter gør disse prikker attraktive materialer til en lang række anvendelser.

Nanokrystal kvantepunkter har været på forskningsscenen i årtier. Den farve, de producerer, når de ophidses af lysabsorption eller elektrisk strøm, kan præcist indstilles fra det infrarøde gennem det synlige til det ultraviolette spektrum, og de er billige og lette at lave.

Modsat disse fordele er en ulempe-optiske egenskaber med kvantepunkter kan tilfældigt variere over tid. Måske, den mest dramatiske manifestation af denne variation er quantum-dot "blinkende".

Derudover hvis den får strøm fra elektrisk strøm eller lys, de er kendetegnet ved en effekt kendt som Auger-rekombination, der både konkurrerer med lysemission i lysemitterende dioder og reducerer strømudgang i solceller. Både blink og sneglrekombination reducerer effektiviteten af ​​kvantepunkter, og kontrol med dem har været i fokus for intens forskning.

For at undersøge mekanismen, der er ansvarlig for at blinke, Christophe Galland, postdoktor i CASP, sammen med samarbejdspartnere fra Center for Integrated Nanotechnologies (CINT) og CASP udviklet et nyt spektroelektrokemisk eksperiment, der gjorde det muligt for dem at kontrollere og aflade en enkelt kvantepunkt, mens de overvåger dens blinkende adfærd. Det er dette værk, der er beskrevet i Nature -artiklen. Hovedresultatet er opdagelsen af ​​to forskellige blinkende mekanismer.

Den første er i overensstemmelse med det traditionelle koncept om kvantumpunkter, det er, tilfældig elektrisk opladning og afladning af kernen i prikken. I denne model, en ladet tilstand er "mørk" på grund af meget effektiv ikke -strålende sneglrekombination.

Den anden mekanisme var en overraskelse; størstedelen af ​​kvantepunkter blinker på grund af påfyldning og tømning af en overfladefejl "fælde" på prikken. Hvis ikke besat, denne fælde opfanger en "varm" elektron, der ellers ville producere fotonemission, forårsager dermed et blink. Med yderligere forskning i de fotofysiske egenskaber ved kvantepunkter, forskerne håber at kunne levere en omfattende teoretisk model af dette fænomen.

"Den nye enkelt nanokrystal spektroelektrokemiteknik, der er udviklet her, kan let udvides til at studere effekten af ​​opladning i en lang række nanostrukturer, herunder carbon nanorør og nanotråde, "sagde Han Htoon, en CINT -personaleforsker, der deltog i forskningen. "Jeg tror, ​​at det bliver en vigtig ny kapacitet for CINT."

Eksperimenter blev udført på CINT, et amerikansk Department of Energy Office of Science User Facility og Nanoscale Science Research Center. Dens vægt er på at undersøge vejen fra videnskabelig opdagelse til integration af nanostrukturer i mikro- og makroverdenen.