I ricercatori di Skoltech e i loro colleghi hanno costruito due modelli che spiegano accuratamente il comportamento di emissione di luce delle nanopiastrine di semiconduttori, minuscole strutture che possono diventare i mattoni per l'optoelettronica del futuro. Il documento è stato pubblicato sulla rivista Chimica Fisica Fisica Chimica .

Optoelettronica, un campo della fotonica che sfrutta gli effetti quantomeccanici della luce sui materiali elettronici, in particolare semiconduttori, ha guadagnato molta trazione per la sua promessa in tutti i tipi di applicazioni. Questi vanno dalle celle solari e LED ai laser colloidali, una tecnologia che dovrebbe sostituire i convenzionali diodi laser a semiconduttore utilizzati negli scanner di codici a barre e nelle comunicazioni in fibra ottica.

Nella ricerca di materiali con migliori proprietà ottiche più adatti all'uso in optoelettronica, la ricerca si è concentrata sulle nanopiastrine, che sono nanocristalli semiconduttori a bassa dimensionalità altamente promettenti. Queste sono strutture piatte, dimensioni di pochi nanometri, e notevolmente versatile e sintonizzabile. Le moderne tecniche di sintesi di precisione consentono ai ricercatori di coltivarli essenzialmente su richiesta, controllando la loro forma, spessore, e struttura cristallina. Questi parametri influenzano direttamente la capacità e le proprietà della fotoluminescenza.

"Personalizzare la sintesi di nanocristalli fotoluminescenti per applicazioni specifiche può richiedere previsioni di caratteristiche spettrali e di rilassamento. Quindi, abbiamo bisogno di una comprensione dettagliata e di una modellizzazione della cinetica sottostante, "Il rettore di Skoltech Keith Stevenson, professore al Center for Energy Science and Technology e coautore del documento, spiega.

Stevenson, dottorato di ricerca laureati Aleksandr Kurilovich e Vladimir Palyulin, Assistant Professor presso il Center for Computational and Data-Intensive Science and Engineering, si sono uniti ai loro colleghi nel concentrarsi su un modo per spiegare la cinetica non banale della fotoluminescenza delle nanopiastrine dei semiconduttori negli esperimenti. Secondo i ricercatori, descrizioni teoriche precedenti e risultati sperimentali hanno sempre ipotizzato un decadimento esponenziale dell'intensità della fotoluminescenza nelle nanopiastrine. Ma misurazioni più recenti hanno mostrato un netto comportamento della legge di potenza del lungo periodo, indicando la complessità.

Il team ha realizzato due modelli, una di simulazione e una teorica, descrivendo la cinetica della fotoluminescenza nelle nanopiastrine attraverso l'attività degli eccitoni, quasiparticelle nel semiconduttore responsabili dell'emissione di luce nel caso della loro ricombinazione. I modelli indicano l'intrappolamento degli eccitoni in corrispondenza dei difetti superficiali e la sua interazione con la diffusione come ragioni chiave per la complessa cinetica. Ciò ha permesso di interpretare con successo i risultati sperimentali di nanopiastrine composite costituite da seleniuro di cadmio e solfuro di cadmio.

"Il modello mostra l'importanza dei difetti a lungo termine e la loro capacità di ritardare la ricombinazione. Questo potrebbe essere utilizzato per stimare la densità di difetti necessaria per rallentare l'emissione, così, allungando il tempo di emissione, "dice Stevenson.

Altre organizzazioni coinvolte in questa ricerca includono Lomonosov Moscow State University, Istituto di Fisica e Astronomia presso l'Università di Potsdam, e Istituto Akhiezer per la fisica teorica, Centro scientifico nazionale "Istituto di fisica e tecnologia di Kharkov".