p (PhysOrg.com) - Avanços significativos na aplicação de estruturas coloidais como emissores de luz e lasers podem ser realizados em breve, após a descoberta de taxas de emissão de fluorescência muito rápidas em nanoplacas coloidais. Essas nanoplacas combinam as melhores características de dois domínios:a ampla sintonia de absorção e fotoluminescência dos nanocristais e o curto tempo de decaimento dos excitons em poços quânticos. Esta descoberta, que foi anunciado por cientistas do Laboratório de Pesquisa Naval e do Laboratoire de Physique et d'Etude des Matéiaux, UMR8213 du CNRS, ESPCI, sugere que as nanoplacas são importantes, novo material para a construção de diodos emissores de luz sintonizáveis, lasers de baixo limiar, e células solares fotovoltaicas. Os resultados completos do estudo são publicados on-line em 23 de outubro de 2011, edição do jornal Materiais da Natureza . p Nanoplacas são uma nova classe de materiais ópticos que são essencialmente planos atomicamente, CdSe coloidal quase bidimensional, CdS, e camadas de CdTe com espessuras bem definidas variando de 4 a 11 monocamadas. Essas nanoplacas têm propriedades eletrônicas de poços quânticos bidimensionais formados por epitaxia de feixe molecular, e seus espectros de absorção e emissão dependentes da espessura são completamente controlados pela espessura da camada. O confinamento espacial muito alto de portadores nessas estruturas coloidais, praticamente inacessível em poços quânticos epitaxiais, combinado com oportunidades para criar muito thin, camadas planas (até 1,5 nm) dos semicondutores tornam o gap deste material ajustável em uma faixa de 1,4 eV. A borda da banda de absorção amplamente ajustável, que é controlada principalmente pela espessura das nanoplacas, resulta em espectros de emissão amplamente ajustáveis.

p O forte aumento da interação elétron-buraco de Coulomb devido à pequena constante dielétrica da mídia circundante é outra propriedade das nanoplacas coloidais que não existe em nanocristais coloidais esféricos nem em poços quânticos epitaxiais. Este fenômeno diminui significativamente o raio dos excitons e encurta seu tempo de decaimento radiativo. Além disso, o formato das nanoplacas afeta a força do acoplamento do exciton com os fótons emitidos porque o componente tangencial do campo elétrico do fóton não muda seu valor quando penetra através da superfície das nanoplacas planas. Isso também reduz o tempo de decaimento fluorescente nessas estruturas.

p Finalmente, os estados de exciton no solo em nanoplacas quase bidimensionais podem ter uma transição de força de oscilador gigante conectada ao centro de exciton de movimento coerente de massa. A transição da força do oscilador gigante é um fenômeno da mecânica quântica que pode ser descrito como excitação coerente do volume, que é significativamente maior do que o volume do exciton. O fenômeno foi previsto há 50 anos por Rashba. A transição da força do oscilador gigante do estado de exciton do solo aumenta a seção transversal de absorção e encurta significativamente o tempo de decaimento radiativo do exciton. No caso de estruturas bidimensionais, o aumento é proporcional à razão entre a área do movimento coerente do exciton e o quadrado do raio de Bohr do exciton.

p As equipes de pesquisa do Laboratoire de Physique et d'Etude des Matéiaux e NRL descobriram que, em temperatura ambiente, a vida útil da fluorescência das nanoplacas de CdSe é menor do que a dos nanocristais de CdSe com rendimento quântico e comprimento de onda de emissão semelhantes. Mais importante, a vida útil da fluorescência das nanoplacas diminui com a temperatura, enquanto sua intensidade de emissão aumenta. Essa dependência da temperatura do tempo de vida da fluorescência é uma assinatura única da transição da força do oscilador gigante, o que antes era observado apenas em poços quânticos em temperaturas de hélio. Em 6K, o tempo de decaimento radiativo torna-se menor que 1 ns, que é duas ordens de magnitude menor do que os nanocristais esféricos de CdSe. Isso torna as nanoplacas os emissores fuorescentes coloidais mais rápidos conhecidos e sugere fortemente que eles mostram uma transição de força de oscilador gigante.

p Os esforços futuros serão focados na otimização dessas estruturas nanoplaquetas com o objetivo de eliminar os processos não radiativos ligados à superfície. O crescimento de nanoplacas núcleo-casca estenderia ainda mais as propriedades e aplicações dos materiais apresentados aqui e abriria o caminho para a síntese de coloidal, estruturas de poços quânticos múltiplos. Essas estruturas devem permitir que os pesquisadores aproveitem ao máximo a redução observada do tempo de decaimento radiativo e da sintonia, e apontar o caminho para descobertas futuras em fotônica, lasers, e outras aplicações ópticas de nanoplacas.