I punti quantici e i nanotubi sono minuscole particelle di materiale semiconduttore che possono emettere luce di colori specifici quando esposte a una corrente elettrica. Sono utilizzati in una varietà di dispositivi elettronici, come diodi emettitori di luce (LED) e laser.
I ricercatori sono sempre alla ricerca di modi per migliorare l’efficienza dei punti quantici e dei nanotubi, poiché ciò ne consentirebbe l’utilizzo in una gamma più ampia di applicazioni. La scoperta del team IMRE potrebbe fornire un modo per fare proprio questo.
I ricercatori hanno scoperto che la chiave per l’emissione di luce intensa è la presenza di “stati superficiali” sui punti quantici e sui nanotubi. Gli stati superficiali sono stati elettronici che si trovano sulla superficie di un materiale semiconduttore. Si creano quando gli atomi mancano dalla superficie del materiale, lasciando dietro di sé legami penzolanti.
Quando una corrente elettrica viene applicata a un punto quantico o a un nanorod, gli elettroni negli stati superficiali vengono eccitati ed emettono luce. Più stati superficiali ci sono, più luce emetterà il punto quantico o il nanorod.
I ricercatori hanno scoperto che i punti quantici e i nanotubi costituiti da semiconduttori puri hanno più stati superficiali rispetto ai punti quantici e ai nanotubi che contengono impurità. Questo perché le impurità possono ridurre il numero di legami pendenti sulla superficie del materiale.
Le scoperte dei ricercatori potrebbero portare allo sviluppo di punti quantici e nanobarre più efficienti da utilizzare in una varietà di dispositivi elettronici.
I nanocristalli semiconduttori (punti quantici, QD) sono candidati promettenti per i futuri dispositivi a emissione di luce grazie alla loro emissione regolabile in termini di dimensioni e alla larghezza di riga di emissione ridotta. Tuttavia, molti dei metodi di sintesi per produrre QD introducono anche un livello significativo di impurità, che spesso compromettono le proprietà ottiche dei QD. Utilizzando calcoli teorici e misurazioni sperimentali, dimostriamo che queste impurità attenuano l'emissione QD fornendo canali di decadimento non radiativi alternativi per i portatori fotoeccitati. Inoltre, sveliamo il ruolo critico degli stati superficiali (legami penzolanti) nel consentire l’emissione luminosa. Dimostriamo che una maggiore densità di stati superficiali migliora il decadimento radiativo e quindi aumenta la resa quantica dell'emissione. Per QD CdSe di alta qualità ricoperti con ossido di triottilfosfina (TOPO), identifichiamo una dimensione QD ottimale (~ 4,5 nm) che massimizza il numero di stati superficiali. Ciò corrisponde alla resa quantica di PL più alta, che raggiunge il 58%. I nostri risultati forniscono linee guida per la purificazione dei QD che faranno avanzare notevolmente le applicazioni dei dispositivi optoelettronici basati su QD.
