(PhysOrg.com) - Forskning av Los Alamos -forskare publicerade idag i tidskriften Natur dokumenterar betydande framsteg när det gäller att förstå fenomenet kvantprickblinkning. Deras resultat bör förbättra biologernas förmåga att spåra enskilda partiklar, göra det möjligt för teknologer att skapa nya ljusemitterande dioder och enfotonkällor, och öka energiforskarnas ansträngningar att utveckla nya typer av högeffektiva solceller.

Mest spännande är att Los Alamos -forskarna har visat att blinkning kan kontrolleras och till och med helt undertryckas elektrokemiskt. Som Nature -artikeln beskriver, gruppen utvecklade ett nytt spektroelektrokemiskt experiment som gjorde att de kontrollerbart kunde ladda och ladda ur en enda kvantpunkt medan de övervakade dess blinkande beteende. Dessa experiment underlättade upptäckten av två distinkta blinkande mekanismer. "Vårt arbete är ett viktigt steg i utvecklingen av nanostrukturer med stabila, blinkfria egenskaper för applikationer från ljusemitterande dioder och enfotonkällor till solceller, "sa Victor Klimov, LANL -forskare och chef för Center for Advanced Solar Photophysics (CASP).

Kvantprickar är partiklar mellan 1 och 10 nanometer i diameter. En nanometer är bara en miljarddels meter över, eller ungefär 1/3 000:e diametern på ett människohår. Vid dessa små dimensioner, kvantfysikens regler tillåter forskare att producera partiklar med finjusterbara, storleksberoende elektroniska och optiska egenskaper. Tillsammans med det faktum att de kan tillverkas med hjälp av lättanpassade våtkemitekniker, deras kvantitet gör dessa prickar attraktiva material för ett brett spektrum av applikationer.

Nanokristallkvantpunkter har funnits på forskningsscenen i årtionden. Färgen de producerar när de exciteras av ljusabsorption eller elektrisk ström kan exakt ställas in från det infraröda genom det synliga till det ultravioletta spektret, och de är billiga och enkla att göra.

Mot dessa fördelar är en nackdel-optiska egenskaper med kvantpunkter kan slumpmässigt variera över tiden. Kanske, den mest dramatiska manifestationen av denna variation är kvantpunkten "blinkande".

Dessutom, om den drivs av elektrisk ström eller ljus, de kännetecknas av en effekt som kallas Auger-rekombination som både konkurrerar med ljusemissioner i ljusemitterande dioder och minskar strömmen i solceller. Både blinkande och skruvkombination minskar kvantprickarnas effektivitet, och att kontrollera dem har varit i fokus för intensiv forskning.

För att undersöka mekanismen som är ansvarig för att blinka, Christophe Galland, postdoktor i CASP, tillsammans med medarbetare från Center for Integrated Nanotechnologies (CINT) och CASP utvecklat ett nytt spektroelektrokemiskt experiment som gjorde det möjligt för dem att styra och ladda en enda kvantpunkt samtidigt som de övervakade dess blinkande beteende. Det är detta arbete som beskrivs i Nature -artikeln. Dess huvudsakliga resultat är upptäckten av två distinkta blinkande mekanismer.

Det första överensstämmer med det traditionella konceptet med kvantpunktsblinkning, det är, slumpmässig elektrisk laddning och urladdning av punktens kärna. I denna modell, ett laddat tillstånd är "mörkt" på grund av högeffektiv icke -strålande Auger -rekombination.

Den andra mekanismen var en överraskning; majoriteten av kvantprickarna blinkar på grund av fyllning och tömning av en ytdefekt "fälla" på pricken. Om den inte är upptagen, denna fälla fångar upp en "het" elektron som annars skulle producera fotonemission, vilket orsakar en blinkning. Med ytterligare forskning om de fotofysiska egenskaperna hos kvantprickar, forskarna hoppas kunna tillhandahålla en omfattande teoretisk modell av detta fenomen.

"Den nya enkla nanokristallspektroelektrokemitekniken som utvecklats här kan lätt utökas för att studera effekten av laddning i ett stort antal nanostrukturer, inklusive kolnanorör och nanotrådar, "sa Han Htoon, en CINT -personalvetare som deltog i forskningen. "Jag tror att det kommer att bli en viktig ny kapacitet för CINT."

Experiment utfördes på CINT, ett US Department of Energy Office of Science User Facility och Nanoscale Science Research Center. Tyngdpunkten ligger på att utforska vägen från vetenskaplig upptäckt till integration av nanostrukturer i mikro- och makrovärlden.