Kvantprickar och nanorods är små partiklar av halvledarmaterial som kan avge ljus av specifika färger när de utsätts för en elektrisk ström. De används i en mängd olika elektroniska enheter, såsom lysdioder (LED) och lasrar.
Forskare letar alltid efter sätt att förbättra effektiviteten hos kvantprickar och nanorods, eftersom detta skulle göra det möjligt för dem att användas i ett bredare spektrum av tillämpningar. IMRE-teamets upptäckt kan ge ett sätt att göra just det.
Forskarna fann att nyckeln till stark ljusemission är närvaron av "yttillstånd" på kvantprickarna och nanoroderna. Yttillstånd är elektrontillstånd som är belägna på ytan av ett halvledarmaterial. De skapas när atomer saknas från materialets yta och lämnar efter sig hängande bindningar.
När en elektrisk ström appliceras på en kvantpunkt eller nanorod, exciteras elektronerna i yttillstånden och avger ljus. Ju fler yttillstånd det finns, desto mer ljus kommer kvantpunkten eller nanorod att avge.
Forskarna fann att kvantprickar och nanorods gjorda av rena halvledare har fler yttillstånd än kvantprickar och nanorods som innehåller föroreningar. Detta beror på att föroreningar kan minska antalet hängande bindningar på materialets yta.
Forskarnas resultat kan leda till utvecklingen av mer effektiva kvantprickar och nanorods för användning i en mängd olika elektroniska enheter.
Halvledarnanokristaller (quantum dots, QDs) är lovande kandidater för framtida ljusemitterande enheter på grund av deras storleksinställbara emission och smala emissionslinjebredd. Men många av syntesmetoderna för att producera QDs introducerar också en betydande nivå av föroreningar, som ofta äventyrar de QD optiska egenskaperna. Med hjälp av teoretiska beräkningar och experimentella mätningar visar vi att dessa föroreningar släcker QD-emissionen genom att tillhandahålla alternativa icke-strålningsförfallskanaler för de fotoexciterade bärarna. Dessutom avslöjar vi den kritiska rollen för yttillstånd (hängande bindningar) för att möjliggöra ljusemission. Vi visar att en högre täthet av yttillstånd förbättrar det strålningssönderfall och därmed ökar emissionskvantumutbytet. För högkvalitativa CdSe QDs täckta med trioktylfosfinoxid (TOPO), identifierar vi en optimal QD-storlek (~4,5 nm) som maximerar antalet yttillstånd. Detta motsvarar det högsta PL-kvantutbytet, som når 58%. Våra resultat ger riktlinjer för rening av QDs som avsevärt kommer att främja tillämpningarna av QD-baserade optoelektroniska enheter.
