Uno dei grandi vantaggi dei minuscoli semiconduttori noti come punti quantici è che possono estrarre più elettroni da un singolo fotone, una funzione chiamata "moltiplicazione portante, " che potrebbe portare a celle solari economiche e altamente efficienti e a nuovi tipi di rilevatori di foto e radiazioni.

Rilevare e quantificare questo processo di moltiplicazione nei dispositivi funzionanti si è dimostrato impegnativo, però, come notato da Victor Klimov, direttore del Center for Advanced Solar Photophysics (CASP) presso il Los Alamos National Laboratory. "Il progresso chiave è una capacità di nuova concezione che ci consente di seguire il destino degli elettroni fotogenerati su scale temporali ultraveloci direttamente nelle misurazioni della fotocorrente. La ricerca nel nostro team e altrove si era precedentemente concentrata sull'utilizzo della spettroscopia ottica per rilevare la moltiplicazione dei portatori e quantificarne l'efficienza, " Egli ha detto.

"Non è chiaro se le efficienze osservate nelle misurazioni spettroscopiche possano essere riprodotte in una fotocorrente di dispositivi reali. Il nostro nuovo studio ci consente di affrontare questa importante domanda".

La nuova tecnica prevede il monitoraggio dei transitori di fotocorrente in fotorivelatori appositamente progettati che forniscono una risoluzione temporale molto elevata di soli 50 picosecondi.

Jianbo Gao, il ricercatore post-dottorato che lavora a questo progetto e coautore di un nuovo articolo su Nature Communications, disse, "Le misurazioni sono diventate possibili utilizzando fotorilevatori di nuova concezione che incorporano punti quantici come parte del dispositivo e che fungono da strato fotoconduttivo attivo. Utilizzando un design appropriato del fotorilevatore in combinazione con l'elettronica ultraveloce, siamo stati in grado di risolvere picchi di fotocorrente molto brevi dovuti a multieccitoni prodotti in un processo di moltiplicazione dei portatori."

Disse Andrew Fidler, un borsista post-dottorato del direttore di Los Alamos sul progetto, "Una difficoltà chiave con la moltiplicazione dei portatori è estrarre rapidamente i portatori fotogenerati prima che si ricombinino". Nel caso di multieccitoni, questo processo di ricombinazione è governato dal cosiddetto decadimento Auger, caratterizzato da brevissime, scale temporali in picosecondi. "Utilizzando i nostri nuovi fotorilevatori, abbiamo dimostrato che applicando un trattamento chimico appropriato allo strato esterno di punti quantici, possiamo estrarre cariche dal punto quantico prima della loro ricombinazione. Ciò dimostra che la moltiplicazione del vettore è un approccio praticabile per migliorare la fotocorrente dei dispositivi reali".