Un team internazionale di ricercatori guidati da scienziati russi ha sviluppato un nuovo metodo per utilizzare nanoparticelle di silicio invece di costosi materiali semiconduttori per alcuni tipi di display e altri dispositivi optoelettronici.
I fisici di Lomonosov MSU hanno trovato un modo per "forzare" le nanoparticelle di silicio a brillare in risposta alle radiazioni abbastanza forte da sostituire i costosi semiconduttori utilizzati nel settore dei display. Secondo Maxim Shcherbakov, ricercatore presso il Dipartimento di Elettronica Quantistica dell'Università Statale di Mosca e uno degli autori dello studio, il metodo migliora notevolmente l'efficienza della fotoluminescenza delle nanoparticelle.
La chiave della tecnica è la fotoluminescenza, il processo mediante il quale i materiali irradiati da radiazioni visibili o ultraviolette rispondono con la propria luce, ma in una gamma spettrale diversa. Nello studio, il materiale si illumina di rosso.
In alcuni display moderni, nanoparticelle di semiconduttori, o cosiddetti punti quantici, sono utilizzati. Nei punti quantici, gli elettroni si comportano in modo completamente diverso da quelli del semiconduttore sfuso, ed è noto da tempo che i punti quantici possiedono eccellenti proprietà luminescenti. Oggi, ai fini dei display basati su punti quantici, vengono utilizzati materiali costosi e tossici; perciò, ricercatori hanno esplorato l'uso del silicio, che è più economico e ben compreso. È adatto a tale uso sotto tutti gli aspetti tranne uno:le nanoparticelle di silicio rispondono debolmente alle radiazioni, che non è attraente per l'industria optoelettronica.
Scienziati di tutto il mondo hanno cercato di risolvere questo problema dall'inizio degli anni '90, ma fino ad ora, non è stato ottenuto alcun successo significativo. L'idea rivoluzionaria su come "addomesticare" il silicio è nata in Svezia, al Royal Institute of Technology, Kista. Un ricercatore post-dottorato di nome Sergey Dyakov, un laureato della Facoltà di Fisica MSU e il primo autore del documento, ha suggerito di posizionare una matrice di nanoparticelle di silicio in una matrice con un mezzo dielettrico non omogeneo e di ricoprirla con nanostrisce dorate.
"L'eterogeneità dell'ambiente, come già dimostrato in altri esperimenti, permette di aumentare la fotoluminescenza del silicio di diversi ordini di grandezza grazie al cosiddetto confinamento quantistico, " dice Maxim Shcherbakov. "Tuttavia, l'efficienza dell'interazione della luce con i nanocristalli rimane ancora insufficiente. È stato proposto di migliorare l'efficienza utilizzando plasmoni (quasiparticelle che appaiono dalle fluttuazioni del gas di elettroni nei metalli, ndr). Un reticolo plasmonico formato da nanostrisce d'oro "mantiene" la luce su scala nanometrica, e ha permesso un'interazione più efficace con le nanoparticelle situate nelle vicinanze, portando la sua luminescenza ad un aumento."
Gli esperimenti dell'MSU con campioni di una matrice "placcata in oro" con nanoparticelle di silicio hanno confermato brillantemente le previsioni teoriche:il silicio irradiato con UV brillava abbastanza da poter essere utilizzato nella pratica.
