Schematisk av en kvantpunkt-grafen nano-fotonisk enhet, som beskrivs i detta forskningsprojekt.
Halvledarkvantprickar (QD) är halvledare i nanoskala som uppvisar storleksberoende fysikaliska egenskaper. Till exempel, färgen (våglängden) på ljus som de absorberar förändras dramatiskt när diametern minskar. Grafen är ett atomärt tjockt ark av kolatomer, arrangerade i ett hexagonalt gittermönster. I det här arbetet, QDs har kombinerats med grafen för att utveckla fotoniska enheter i nanoskala som dramatiskt kan förbättra vår förmåga att upptäcka ljus.
Kvantprickar kan absorbera ljus och överföra det till grafen, men effektiviteten av överföringen beror på hur långt QD:erna och grafen är separerade från varandra. Denna studie visade att tjockleken på det organiska molekylskiktet som typiskt omger QD:erna är avgörande för att uppnå tillräckligt hög effektivitet av denna ljus/energiöverföring till grafen. I andra verk, ju tunnare det organiska skiktet, desto bättre.
Denna överföring kan optimeras ytterligare genom att konstruera gränssnittet mellan de två nanomaterialen, specifikt optimera tjockleken på de organiska täckande molekylerna på kvantprickarna. Baserat på detta arbete, ytterligare förbättring av prestandan för dessa nano-fotoniska enheter kan förväntas.
a) Schematisk över en kloridterminerad CdSe-kvantprick. b) En högupplöst transmissionselektronmikroskopibild av sådana kvantprickar.
Kommersiella kadmiumselenid (CdSe) kvantprickar har långa isolerande organiska ligander som förhindrar deras användning i energi- och laddningsöverföringsapplikationer där korta avstånd mellan QD:erna och andra material är kritiska. Kort, klorligander som passiverade CdSe QDs är ett spännande alternativt material för att förbättra interaktionen med material i vilka laddningsbärare, såsom elektroner, lätt kan genomföra.
Grafen är ett sådant material. Kombinationen av CdSe-kvantprickar och grafen kan hålla nyckeln till utvecklingen och implementeringen av materialsystem i nanoskala i flexibel elektronik och fotodetektorer.
Fotoluminescens livstidsförfall av isolerade kvantprickar på glas (blått) och grafen (rött) visar effektiv energiöverföring mellan kvantprickarna och grafen.
Vad är detaljerna?
— CFN-kapacitet:Advanced Optical Microscopy Facility mätte den tidsupplösta fotoluminescensen från isolerade CdSe-kvantprickar avsatta på grafen.
– Teamet upptäckte att kort, kloridförsedda CdSe-kvantprickar, avsatt på kemikalie-ångavsatt, monolager lager grafen, uppvisade mycket effektiv energiöverföring till grafen med en 4x observerad minskning av den excitoniska livslängden. Detta visade signifikant närfältskoppling mellan kvantprickar och grafen.
