(a) La mappa di contorno normalizzata degli spettri di emissione quando la miscela di nanomateriali è rivestita in un tubo capillare. Le linee tratteggiate bianche indicano le soglie di laser rosso (accettore) e laser verde (donatore). Riquadro in alto:immagini fotografiche corrispondenti ad emissione spontanea, accettore laser e dual lasing, rispettivamente. (b) Intensità integrata di Lasing in funzione della fluenza della pompa per i donatori (punti/linea verdi) e gli accettori (punti/linea rossi). Tre regimi di emissione (cioè emissione spontanea, accettore lasing e dual lasing) sono ombreggiate in grigio, rosso chiaro e verde chiaro, rispettivamente. (c) L'intensità integrata normalizzata dell'emissione spontanea dei donatori. Nel regime laser accettore, gli eccitoni vengono trasferiti agli accettori in modo più efficiente, quindi l'emissione spontanea dei donatori aumenta in modo sublineare rispetto al potere di eccitazione. Quindi aumenta in modo super-lineare quando si entra in regime dual lasing (d) L'efficienza calcolata in uscita degli eccitoni nel donatore. Tre distinte efficienze (50%, 90% e 2%) sono raggiunti e controllati dalla fluenza di eccitazione corrispondente all'emissione spontanea, laser accettore e regime dual lasing. (e) Illustrazione del controllo del flusso di eccitoni mediante emissione stimolata. Il meccanismo fondamentale è quello di controllare la densità dei donatori eccitati N1D e degli accettori non eccitati (stato fondamentale) N0A utilizzando un tasso di ricombinazione degli eccitoni molto alto dell'emissione di stimolo. Credito:Junhong Yu, Manoj Sharma, Ashma Sharma, Savas Delikanli, Hilmi Volkan Demir, Cuong Dang
I dispositivi a stato solido basati su eccitoni hanno il potenziale per essere elementi costitutivi essenziali per la moderna tecnologia dell'informazione per rallentare la fine della legge di Moore. Lo sfruttamento dei dispositivi eccitonici richiede la capacità di controllare le proprietà eccitoniche (ad es. flusso di eccitoni, velocità di ricombinazione degli eccitoni o energia degli eccitoni) in un mezzo attivo. Però, fino ad ora, le tecniche dimostrate per il controllo eccitonico sono state intrinsecamente complesse o hanno sacrificato la velocità dell'operazione, che è controproducente e poco pratico per l'attuazione effettiva. Quindi, uno schema con un'enfasi sul controllo completamente ottico, la fabbricazione dal basso verso l'alto e l'autoassemblaggio sono altamente desiderati per le applicazioni del mondo reale.
In un nuovo articolo pubblicato su Scienza e applicazioni della luce , scienziati della Scuola di Ingegneria Elettrica ed Elettronica, Università tecnologica di Nanyang, Singapore, sviluppato un modo conveniente per controllare il flusso di eccitoni tra diversi pozzi quantici colloidali (CQW) a temperatura ambiente, tutto tramite segnali ottici. Attraverso la combinazione di emissione stimolata e trasferimento di energia per risonanza di Förster (FRET), il flusso di eccitoni tra i CQW core-only del donatore di seleniuro di Cadium (CdSe) e i CQW core-shell di CdS/CdSe/CdS accettori può essere fortemente manipolato. Usando questo metodo, transizione continua tra tre distinti regimi di flusso di eccitoni con efficienze di ~ 50%, ~90% e ~2% è stato dimostrato. Il metodo e la tecnica riportati, che dimostrano un prototipo di laboratorio di un dispositivo di flusso di eccitoni controllabile completamente ottico con più stadi di modulazione, può ispirare la progettazione di circuiti eccitonici completamente ottici funzionanti a temperatura ambiente.
L'idea centrale del metodo si basa sulla competizione del tasso di emissione stimolato, tasso di emissione spontanea e tasso di FRET insieme al comportamento di soglia dell'emissione stimolata. Questi scienziati riassumono il processo di controllo del flusso eccitonico nei loro lavori:
"A bassa fluenza di pompa quando l'emissione sia dei donatori che degli accettori è spontanea, quasi il 50% della popolazione di eccitoni nei donatori defluisce negli accettori tramite FRET. Aumentando il livello di pompaggio per ottenere un'emissione stimolata negli accettori, possiamo migliorare notevolmente l'efficienza del flusso di eccitoni fino al 90% poiché il rapido esaurimento degli eccitoni negli accettori promuove in modo significativo il processo FRET. Aumentando ulteriormente la fluenza per avviare l'emissione stimolata nei donatori, il flusso di eccitoni verso gli accettori si spegne quasi perché il tasso di emissione stimolata nei donatori è molto più veloce del tasso di FRET."
"Per approfondire questo processo, abbiamo sviluppato un modello cinetico accoppiato a FRET per identificare i processi concorrenti responsabili della manipolazione del flusso di eccitoni a diversi livelli di eccitazione ottica. I risultati della simulazione possono riprodurre qualitativamente l'andamento del flusso di eccitoni dai donatori agli accettori dimostrato nei nostri esperimenti." Junhong Yu, il primo autore della ricerca, aggiunto.
"Questo controllo eccitonico attivo in un dispositivo completamente ottico (cioè, una configurazione laser in modalità galleria sussurrante) non solo offre una piattaforma per ottenere una visione più approfondita della fisica FRET, ma è anche altamente preferibile per l'elaborazione delle informazioni basata sull'eccitonica con potenziali di circuiti eccitonici a controllo completamente ottico." Dr. Cuong Dang, l'autore senior della ricerca ha detto.
"Gli autori discutono di una sfida scientifica di grande attualità, che è quello di spostarsi verso i dispositivi eccitonici. Il controllo del flusso di eccitoni nel mezzo otticamente attivo è il requisito essenziale per lo sviluppo di un dispositivo a stato solido, e quindi, è stato al centro dell'attenzione. L'uso della sovrapposizione di popolazione modulata dall'azione laser nelle coppie donatore-accettore sarà un'interessante aggiunta agli studi di estensione eccitonica su materiali otticamente attivi. Questo studio ha meriti e il progresso è tecnologico, offrendo un percorso completamente ottico per manipolare il flusso di eccitoni in strutture di pozzi quantici colloidali, "Dottor Lei, uno dei revisori di LSA disse.
