Forskare från Skoltech och deras kollegor har byggt två modeller som exakt förklarar det ljusemitterande beteendet hos halvledar-nanoplateletter, små strukturer som kan bli byggstenarna för framtidens optoelektronik. Tidningen publicerades i tidningen Fysisk kemi Kemisk fysik .

Optoelektronik, ett område med fotonik som utnyttjar kvantmekaniska effekter av ljus på elektroniska material, särskilt halvledare, har fått mycket dragkraft för sitt löfte i alla möjliga applikationer. Dessa sträcker sig från solceller och lysdioder till kolloidala lasrar, en teknik som förväntas ersätta konventionella halvledarlaserdioder som används i streckkodsläsare och fiberoptisk kommunikation.

I jakten på material med bättre optiska egenskaper mer lämpade för användning inom optoelektronik, forskning har fokuserat på nanoplateletter, som är mycket lovande lågdimensionella halvledarnanokrystaller. Dessa är platta strukturer, bara några nanometer i storlek, och anmärkningsvärt mångsidig och justerbar. Moderna tekniker för precisionssyntes gör det möjligt för forskare att odla dem i huvudsak på begäran, kontrollera deras form, tjocklek, och kristallstruktur. Dessa parametrar påverkar direkt fotoluminescensförmågan och egenskaperna.

"Att skräddarsy syntesen av fotoluminescerande nanokristaller för specifika tillämpningar kan kräva förutsägelser av spektral- och avslappningsegenskaper. Därför, vi behöver en detaljerad förståelse och modellering av den underliggande kinetiken, "Skoltech -prosten Keith Stevenson, professor vid Center for Energy Science and Technology och medförfattare till uppsatsen, förklarar.

Stevenson, Ph.D. examen Aleksandr Kurilovich och Vladimir Palyulin, Biträdande professor vid Center for Computational and Data-Intensive Science and Engineering, gick med sina kollegor för att fokusera på ett sätt att förklara icke-trivial kinetik för halvledar nanoplatelet fotoluminescens i experiment. Enligt forskarna, tidigare teoretiska beskrivningar och experimentella fynd har alltid antagit en exponentiell nedbrytning av fotoluminescensintensitet i nanoplateleter. Men nyare mätningar visade ett starkt maktlagsbeteende under lång tid, pekar på komplexitet.

Teamet byggde två modeller, en simulering en och en teoretisk, beskriva kinetiken för fotoluminescens i nanoplateter genom aktivitet av excitoner, kvasipartiklar i halvledaren som är ansvariga för ljusutsläpp vid rekombination. Modellerna pekar på fångst av excitoner vid ytdefekter och dess samspel med diffusion som viktiga orsaker till den komplexa kinetiken. Detta gjorde det möjligt att framgångsrikt tolka experimentella resultat från sammansatta nanoplateletter gjorda av kadmiumselenid och kadmiumsulfid.

"Modellen visar vikten av defekter vid långa tider och deras förmåga att fördröja rekombinationen. Detta kan användas för att uppskatta den nödvändiga defektdensiteten för att bromsa utsläppen, Således, förlängning av utsläppstiden, Säger Stevenson.

Andra organisationer som är involverade i denna forskning inkluderar Lomonosov Moscow State University, Institute for Physics &Astronomy vid University of Potsdam, och Akhiezer Institute for Theoretical Physics, National Science Center "Kharkov Institute of Physics and Technology".