Schema di un dispositivo nanofotonico a punti quantici in grafene, come descritto in questo progetto di ricerca.
I punti quantici a semiconduttore (QD) sono semiconduttori su nanoscala che presentano proprietà fisiche dipendenti dalle dimensioni. Per esempio, il colore (lunghezza d'onda) della luce che assorbono cambia drasticamente al diminuire del diametro. Il grafene è un foglio atomicamente spesso di atomi di carbonio, disposti in un reticolo esagonale. In questo lavoro, I QD sono stati combinati con il grafene per sviluppare dispositivi fotonici su scala nanometrica che possono migliorare notevolmente la nostra capacità di rilevare la luce.
I punti quantici possono assorbire la luce e trasferirla al grafene, ma l'efficienza del trasferimento dipende da quanto i QD e il grafene sono separati l'uno dall'altro. Questo studio ha dimostrato che lo spessore dello strato di molecole organiche che circonda tipicamente i QD è cruciale per ottenere un'efficienza sufficientemente elevata di questo trasferimento di luce/energia nel grafene. In altri lavori, più sottile è lo strato organico, meglio è.
Questo trasferimento può essere ulteriormente ottimizzato ingegnerizzando l'interfaccia tra i due nanomateriali, ottimizzando in modo specifico lo spessore delle molecole di capping organiche sui punti quantici. Sulla base di questo lavoro, ci si può aspettare un ulteriore miglioramento delle prestazioni di questi dispositivi nanofotonici.
a) Schema di un quantum dot CdSe terminato con cloruro. b) Un'immagine al microscopio elettronico a trasmissione ad alta risoluzione di tali punti quantici.
I punti quantici di seleniuro di cadmio commerciale (CdSe) hanno lunghi ligandi organici isolanti che ne impediscono l'utilizzo in applicazioni di trasferimento di energia e carica per le quali le brevi distanze tra i QD e altri materiali sono fondamentali. Corto, i ligandi di cloro che hanno passivato i CdSe QD sono un materiale alternativo intrigante per migliorare l'interazione con i materiali in cui i portatori di carica, come gli elettroni, può facilmente condurre.
Il grafene è un tale materiale. La combinazione di punti quantici CdSe e grafene potrebbe essere la chiave per lo sviluppo e l'implementazione di sistemi di materiali su scala nanometrica nell'elettronica flessibile e nei fotorivelatori.
Il decadimento della durata della fotoluminescenza di punti quantici isolati su vetro (blu) e grafene (rosso) dimostra un efficiente trasferimento di energia tra i punti quantici e il grafene.
Quali sono i dettagli?
— Funzionalità CFN:l'Advanced Optical Microscopy Facility ha misurato la fotoluminescenza risolta nel tempo da punti quantici di CdSe isolati depositati sul grafene.
— Il team ha scoperto che in breve, punti quantici di CdSe ricoperti di cloruro, depositato su deposito chimico-vapore, grafene a strato monostrato, ha mostrato un trasferimento di energia altamente efficiente al grafene con una riduzione di 4 volte osservata nella vita eccitonica. Ciò ha dimostrato un significativo accoppiamento in campo vicino tra i punti quantici e il grafene.
