Pesquisadores do Instituto A*STAR de Pesquisa e Engenharia de Materiais (IMRE) descobriram por que alguns pontos quânticos e nanobastões feitos de semicondutores puros emitem luz mais brilhante do que pontos quânticos e nanobastões que contêm impurezas.

Pontos quânticos e nanobastões são minúsculas partículas de material semicondutor que podem emitir luz de cores específicas quando expostas a uma corrente elétrica. Eles são usados ​​em uma variedade de dispositivos eletrônicos, como diodos emissores de luz (LEDs) e lasers.

Os pesquisadores estão sempre procurando maneiras de melhorar a eficiência dos pontos quânticos e dos nanobastões, pois isso permitiria que fossem usados ​​em uma gama mais ampla de aplicações. A descoberta da equipe IMRE poderia fornecer uma maneira de fazer exatamente isso.

Os pesquisadores descobriram que a chave para a emissão de luz brilhante é a presença de “estados de superfície” nos pontos quânticos e nanobastões. Estados de superfície são estados de elétrons localizados na superfície de um material semicondutor. Eles são criados quando faltam átomos na superfície do material, deixando para trás ligações pendentes.

Quando uma corrente elétrica é aplicada a um ponto quântico ou nanobastão, os elétrons nos estados superficiais são excitados e emitem luz. Quanto mais estados de superfície houver, mais luz o ponto quântico ou nanobastão emitirá.

Os pesquisadores descobriram que pontos quânticos e nanobastões feitos de semicondutores puros têm mais estados de superfície do que pontos quânticos e nanobastões que contêm impurezas. Isso ocorre porque as impurezas podem reduzir o número de ligações pendentes na superfície do material.

As descobertas dos pesquisadores podem levar ao desenvolvimento de pontos quânticos e nanobastões mais eficientes para uso em uma variedade de dispositivos eletrônicos.

Resumo

Nanocristais semicondutores (pontos quânticos, QDs) são candidatos promissores para futuros dispositivos emissores de luz devido à sua emissão ajustável em tamanho e largura de linha de emissão estreita. No entanto, muitos dos métodos de síntese para a produção de QDs também introduzem um nível significativo de impurezas, que muitas vezes comprometem as propriedades ópticas do QD. Utilizando cálculos teóricos e medições experimentais, demonstramos que essas impurezas extinguem a emissão de QD, fornecendo canais alternativos de decaimento não radiativo para os portadores fotoexcitados. Além disso, revelamos o papel crítico dos estados de superfície (ligações pendentes) em permitir a emissão brilhante. Demonstramos que uma maior densidade de estados superficiais aumenta o decaimento radiativo e, assim, aumenta o rendimento quântico de emissão. Para QDs de CdSe de alta qualidade cobertos com óxido de trioctilfosfina (TOPO), identificamos um tamanho de QD ideal (∼ 4,5 nm) que maximiza o número de estados de superfície. Isso corresponde ao maior rendimento quântico de PL, chegando a 58%. Nossas descobertas fornecem diretrizes para a purificação de QDs que irão avançar muito nas aplicações de dispositivos optoeletrônicos baseados em QD.