Exciton-baserade solid-state-enheter har potential att vara viktiga byggstenar för modern informationsteknik för att bromsa slutet på Moores lag. Att utnyttja excitoniska enheter kräver förmågan att kontrollera de excitoniska egenskaperna (t.ex. excitonflöde, excitonrekombinationshastigheter eller excitonenergi) i ett aktivt medium. Dock, tills nu, de demonstrerade teknikerna för excitonisk kontroll har antingen varit i sig komplexa eller offrat operationshastigheten, vilket är självförstörande och opraktiskt för faktisk genomförande. Därav, ett schema med tonvikt på helt optisk kontroll, bottom-up tillverkning och självmontering är mycket önskvärt för verkliga tillämpningar.

I en ny tidning publicerad i Ljusvetenskap och tillämpningar , forskare från School of Electrical &Electronic Engineering, Nanyang Technological University, Singapore, utvecklat ett bekvämt sätt att kontrollera excitonflödet mellan olika kolloidala kvantbrunnar (CQW) vid rumstemperatur, allt genom optiska signaler. Genom kombinationen av stimulerad emission och Förster resonansenergiöverföring (FRET), flödet av excitoner mellan donatorkadiumselenid (CdSe)-kärna-CQWs och acceptor CdS/CdSe/CdS core-shell CQWs kan kraftigt manipuleras. Med denna metod, kontinuerlig övergång mellan tre distinkta excitonflödesregimer med effektiviteter på ~50 %, ~90% och ~2% har påvisats. Den rapporterade metoden och tekniken, som visar en labbprototyp av en helt optisk styrbar excitonflödesenhet med flera moduleringssteg, kan inspirera till designen av helt optiska excitoniska kretsar som arbetar vid rumstemperatur.

Metodens kärnidé är baserad på konkurrensen om stimulerade utsläppshastigheter, spontan emissionshastighet och FRET-hastighet tillsammans med tröskelbeteendet för stimulerad emission. Dessa forskare sammanfattar den excitoniska flödeskontrollprocessen i sina verk:

"Vid låg pumpfluens när emissionen av både donatorer och acceptorer är spontan, nästan 50 % av excitonpopulationen hos givarna strömmar ut till acceptorerna via FRET. Genom att öka pumpningsnivån för att uppnå stimulerad emission i acceptorerna, vi kan avsevärt förbättra excitonflödeseffektiviteten upp till 90 % eftersom snabb utarmning av excitoner i acceptorerna avsevärt främjar FRET-processen. Efter att ytterligare öka flödet för att initiera stimulerade utsläpp hos givarna, excitonflödet mot acceptorerna stängs nästan av eftersom den stimulerade emissionshastigheten hos donatorer är mycket snabbare än FRET-hastigheten."

"För att få djupare insikt i denna process, vi har utvecklat en FRET-kopplad kinetisk modell för att identifiera de konkurrerande processerna som är ansvariga för manipuleringen av excitonflödet vid olika nivåer av optisk excitation. Simuleringsresultaten kan kvalitativt reproducera excitonflödestrenden från donatorerna till acceptorerna som visats i våra experiment." Junhong Yu, den första författaren till forskningen, Lagt till.

"Denna aktiva excitoniska kontroll i en helt optisk enhet (dvs. en laserkonfiguration för viskande galleriläge) erbjuder inte bara en plattform för att få djupare insikter i FRET-fysiken utan är också mycket att föredra för excitonbaserad informationsbehandling med potential för excitoniska kretsar med helt optisk kontroll." Dr. Cuong Dang, sade seniorförfattaren till forskningen.

"Författarna diskuterar en mycket läglig vetenskaplig utmaning, som är att röra sig mot de excitoniska enheterna. Att kontrollera excitonflödet i det optiskt aktiva mediet är det väsentliga kravet för utvecklingen av en solid-state-enhet, och sålunda, har varit i centrum för uppmärksamheten. Användningen av populationsöverlappning modulerad av lasrverkan i donator-acceptor-paren kommer att vara ett intressant tillägg till förlängningsexcitoniska studier på optiskt aktiva material. Denna studie har meriter och framstegen är tekniska, erbjuder en helt optisk väg för att manipulera excitonflödet i kolloidala kvantbrunnsstrukturer, "Dr Lei, en av recensenterna på LSA sa.