Tidsopløste målinger viser, at kolloidale nanoplateter virker som kvantebrønde

Afslapningen af ​​højenergibærere (elektroner og huller) i kolloide nanoplader er blevet målt af forskere i Nanophotonics Group ved Center for Nanoscale Materials, arbejder sammen med kolleger på University of Chicago. Målingerne viser, at bærerne opfører sig som bærere i kvantebrønde. Kvantebrønde har fundet udbredt anvendelse i optoelektronik, og de nye resultater tyder på, at kolloide nanoblodplader bør finde lignende anvendelser, med den ekstra fordel, at de kan produceres til lave omkostninger og i store mængder.

Kvantebrønde er tynde halvlederlag, hvor ladningsbærere er indespærret i én dimension, men frit kan bevæge sig i de to andre dimensioner. En sådan indeslutning betyder, at disse strukturer har justerbare optiske båndgab og kan kraftigt absorbere og udsende lys, hvilket gør dem til gode materialer til optiske modulatorer og halvlederlasere. Indtil for nylig, kvantebrønde kunne kun fremstilles ved at bruge dyre krystalvækstteknikker såsom molekylær stråleepitaksi og metalorganisk dampfaseepitaksi. For nylig, imidlertid, metoder er blevet udviklet til kemisk syntetisering af tynde, flad, halvleder nanokrystaller i opløsning. Disse "nanoplateleter" er kun få atomlag tykke, men titusindvis til hundredvis af nanometer på tværs. Ladebærere i disse strukturer bør derfor opføre sig som de ville i en kvantebrønd. Målinger af optisk absorption og emission fra nanoplateter har vist, at dette faktisk er tilfældet, men beviser har været indirekte, og resultater fra forskellige grupper har været uenige med hinanden kvantitativt.

De nye eksperimenter bruger tids- og frekvensopløste fotoluminescensmålinger til at overvåge, hvordan højenergiladningsbærere slapper af i nanoblodpladerne. Den observerede afslapning var i overensstemmelse med kvantebrønds adfærd, og kvalitativt forskellig fra, hvad man ville forvente for en kvanteprik, hvor bærere er begrænset i alle tre dimensioner. I øvrigt, afslapningen er hurtig, sker på mindre end 50 picosekunder. Det betyder, at nanopladerne skal fungere godt som det aktive materiale i optiske modulatorer og i halvlederlasere.