Pesquisadores da Skoltech e seus colegas construíram dois modelos que explicam com precisão o comportamento de emissão de luz de nanoplacas semicondutoras, estruturas minúsculas que podem se tornar os blocos de construção da optoeletrônica do futuro. O artigo foi publicado na revista Físico Química Física Química .

Optoeletrônica, um campo da fotônica que explora os efeitos da mecânica quântica da luz em materiais eletrônicos, em particular semicondutores, ganhou muita força por sua promessa em todos os tipos de aplicações. Eles variam de células solares e LEDs a lasers coloidais, uma tecnologia que deve substituir os diodos laser semicondutores convencionais usados ​​em leitores de código de barras e comunicações de fibra óptica.

Na busca por materiais com melhores propriedades ópticas e mais adequados para uso em optoeletrônica, a pesquisa tem se concentrado em nanoplacas, que são nanocristais semicondutores de baixa dimensão altamente promissores. Estas são estruturas planas, apenas alguns nanômetros de tamanho, e notavelmente versátil e ajustável. As técnicas modernas de síntese de precisão permitem que os pesquisadores as desenvolvam essencialmente sob demanda, controlando sua forma, espessura, e estrutura cristalina. Esses parâmetros afetam diretamente a capacidade e as propriedades de fotoluminescência.

"Ajustar a síntese de nanocristais fotoluminescentes para aplicações específicas pode exigir previsões de características espectrais e de relaxamento. precisamos de uma compreensão detalhada e modelagem da cinética subjacente, "Skoltech Reitor Keith Stevenson, professor do Centro de Ciência e Tecnologia de Energia e co-autor do artigo, explica.

Stevenson, Ph.D. graduado Aleksandr Kurilovich e Vladimir Palyulin, Professor Assistente no Centro de Ciência e Engenharia Computacional e Intensiva de Dados, juntou-se a seus colegas para se concentrar em uma maneira de explicar a cinética não-trivial da fotoluminescência de nanoplacas de semicondutores em experimentos. De acordo com os pesquisadores, descrições teóricas anteriores e descobertas experimentais sempre assumiram uma decadência exponencial da intensidade da fotoluminescência em nanoplacas. Mas medições mais recentes mostraram um comportamento severo de lei de potência de longa data, apontando para a complexidade.

A equipe construiu dois modelos, uma simulação e uma teórica, descrevendo a cinética da fotoluminescência em nanoplacas através da atividade de excitons, quasipartículas no semicondutor que são responsáveis ​​pela emissão de luz no caso de sua recombinação. Os modelos apontam para o aprisionamento de excitons em defeitos de superfície e sua interação com a difusão como as principais razões para a cinética complexa. Isso permitiu interpretar com sucesso resultados experimentais de nanoplacas compostas feitas de seleneto de cádmio e sulfeto de cádmio.

“O modelo mostra a importância dos defeitos em tempos longos e sua capacidade de retardar a recombinação. Isso poderia ser usado para estimar a densidade de defeitos necessária para diminuir a emissão, portanto, estendendo o tempo de emissão, "Stevenson diz.

Outras organizações envolvidas nesta pesquisa incluem Lomonosov Moscow State University, Instituto de Física e Astronomia da Universidade de Potsdam, e Instituto Akhiezer de Física Teórica, Centro Nacional de Ciências "Instituto de Física e Tecnologia de Kharkov".