Ученые продемонстрировали новый способ управления светом в полупроводниковых нанокристаллах

Ученые находят новый метод контроля электронных свойств нанокристаллов

Видео: ОНИ ДЕРЖАТ тебя ЗА ПРИЧИННОЕ МЕСТО. Вся правда о МАСС МЕДИА в России 2021, Июль

  • Исследователи из Еврейского университета в Иерусалиме, Университета Стоуни Брук и Национальной лаборатории Брукхейвена Министерства энергетики США (DOE) обнаружили новые эффекты важного метода модуляции полупроводников. Метод, который работает путем создания открытых пространств или «вакансий» в структуре материала, позволяет ученым настраивать электронные свойства полупроводниковых нанокристаллов (SCNC) -полупроводниковых частиц, которые меньше 100 нанометров. Это открытие будет способствовать развитию новых технологий, таких как смарт-окна, которые могут изменить непрозрачность по требованию.

    Ученые используют метод под названием «химическое легирование» для управления электронными свойствами полупроводников. В этом процессе химические примеси-атомы из разных материалов добавляются в полупроводник для изменения его электропроводности. Несмотря на то, что можно использовать SCNC, это очень сложно из-за их крошечного размера. Количество примесей, добавленных при химическом легировании, настолько мало, что для правильного наложения нанокристалла в кристалл можно добавить не более нескольких атомов. Нанокристаллы также склонны вытеснять примеси, что еще более усложняет процесс легирования.

    Стремясь легче контролировать электронные свойства SCNC, исследователи изучили метод, называемый образованием вакансий. В этом методе примеси не добавляются к полупроводнику; вместо этого вакансии в его структуре образуются окислительно-восстановительными (окислительно-восстановительными) реакциями, типом химической реакции, где электроны переносятся между двумя материалами. Во время этой передачи тип легирования происходит, когда отсутствующие электроны, называемые дырками, становятся свободными для перемещения по всей структуре кристалла, что значительно изменяет электропроводность SCNC.

    «Мы также определили размерные эффекты в эффективности реакции легирования образованием вакансий», — сказал Ури Банин, нанотехнологий из Еврейского университета в Иерусалиме. «Создание вакансий на самом деле более эффективно в крупных SCNC».

    В этом исследовании исследователи исследовали окислительно-восстановительную реакцию между нанокристаллами сульфида меди (полупроводник) и иодом, химическим реагентом, введенным для того, чтобы влиять на реакцию окислительно-восстановительного процесса.

    «Если вы уменьшите сульфид меди, вы вытащите медь из нанокристалла, создав вакансии и, следовательно, дыры», — сказал химик из Национальной лаборатории Брукхейна Анатолий Френкель, который провел совместное назначение с Университетом Стоуни Брук и ведущим исследователем Брукхейвена по этому исследованию,

    Исследователи использовали пучок рентгеновской порошковой дифракции (XPD) на Национальном синхротронном источнике света II (NSLS-II) — Управлении по научным исследованиям DOE для изучения структуры сульфида меди во время окислительно-восстановительной реакции. Просветив на своих образцах ультра-яркие рентгеновские лучи, исследователи могут определить количество меди, которое вытягивается во время окислительно-восстановительной реакции.

    Основываясь на своих наблюдениях в NSLS-II, команда подтвердила, что добавление большего количества йода в систему привело к выпуску большего количества меди и появлению новых вакансий. Это установило, что формирование вакансий является полезным методом для настройки электронных свойств SCNC.

    Тем не менее исследователи должны были выяснить, что именно происходит с медью, когда она покидает нанокристалл. Понимание того, как меди ведет себя после окислительно-восстановительной реакции, имеет решающее значение для внедрения этого метода в технологию интеллектуальных окон.

    «Если медь неудержимо исчезнет, ​​мы не сможем вернуть ее обратно в систему», — сказал Френкель. «Но предположим, что медь, которая вынимается из кристалла, витает вокруг, готовая вернуться назад. Используя обратный процесс, мы можем вернуть его в систему, и мы можем создать устройство, которое было бы легко переключиться с одно состояние к другому. Например, вы могли бы изменить прозрачность окна по требованию, в зависимости от времени дня или вашего настроения ».

    Чтобы понять, что происходит с медью, исследователи использовали рентгеновскую абсорбционную тонкую структуру (XAFS) спектроскопии в Advanced Photon Source (APS), также являющуюся Отделом научных исследований Министерства энергетики США, в Аргоннской национальной лаборатории. Этот метод позволяет исследователям изучать чрезвычайно мелкие комплексы меди, которые рентгеновская дифракция не может обнаружить. XAFS показало, что медь сочетается с йодом с образованием йода меди, что положительно, что медь может быть возвращена в нанокристалл и что исследователи полностью контролируют электронные свойства.

    Новый ребенок на плазмонном блоке: исследователи находят плазмонные резонансы в полупроводниковых нанокристаллах — Пространство-Время — 2021

    «Мы продемонстрировали четко определенные локализованные поверхностные плазмонные резонансы, возникающие от носителей p-типа в полупроводниковых квантовых точках с легированной вакансией, которые должны позволять проводить плазмонное зондирование и манипулирование твердотельными процессами в одиночных нанокристаллах», — говорит директор лаборатории Беркли Пол Аливисатос. орган нанохимии, который руководил этим исследованием. «Наши легированные полупроводниковые квантовые точки также открывают возможность сильной связи фотонных и электронных свойств с последствиями для сбора света, нелинейной оптики и квантовой обработки информации».

    Аливисатос является соответствующим автором статьи в журнале Материалы природы под названием «Локализованные поверхностные плазмонные резонансы, возникающие от свободных носителей в легированных квантовых точках». Соавтором статьи были Джозеф Лютер и Прашант Джайн, а также Тревор Эверс.

    Термин «плазмоника» описывает явление, при котором ограничение света размерами, меньшими, чем длина волны фотонов в свободном пространстве, позволяет согласовать различные шкалы длин, связанные с фотоникой и электроникой, в одном наноразмерном устройстве. Ученые считают, что с помощью плазмоники должно быть возможно проектировать межсоединения компьютерных чипов, которые способны перемещать гораздо большие объемы данных гораздо быстрее, чем современные чипы. Также должно быть возможным создание микроскопических линз, которые могут разрешать наноразмерные объекты видимым светом, высокоэффективные светодиоды нового поколения и сверхчувствительные химические и биологические детекторы. Существует даже доказательство того, что плазмонные материалы могут использоваться для ограждения объекта, что делает его невидимым.

    Плазмонное явление было обнаружено в наноструктурах на границе раздела между благородным металлом, таким как золото или серебро, и диэлектриком, таким как воздух или стекло. Направление электромагнитного поля на такую ​​поверхность создает электронные поверхностные волны, которые катятся по электронам проводимости на металле, подобно ряби, распространяющимся по поверхности пруда, который был забит камнем. Так же, как энергия в электромагнитном поле переносится в квантованной частице, подобной частице, называемой фотоном, энергия в такой электронной поверхностной волне переносится в квантованной частицеобразной единице, называемой плазмоном. Ключом к свойствам плазмонов является совпадение частоты колебаний между плазмонами и падающими фотонами, явление, известное как локализованный поверхностный плазмонный резонанс (LSPR). Общепринятая научная мудрость гласит, что для LSPR требуется металлическая наноструктура, где электроны проводимости не сильно связаны с отдельными атомами или молекулами. Это оказалось не так, как объясняет Прашант Джейн, член исследовательской группы Alivisatos и один из ведущих авторов статьи о природных материалах.

    «Наше исследование представляет собой сдвиг парадигмы от наноплазмоники металла, поскольку мы показали, что в принципе любая наноструктура может демонстрировать LSPR, если на интерфейсе имеется заметное количество свободных носителей заряда — электронов или дырок», — говорит Джейн. «Демонстрируя LSPR в легированных квантовых точках, мы расширили диапазон материалов-кандидатов для плазмоники, включив в них полупроводники, а также объединили поле плазмонных наноструктур, которые проявляют настраиваемые фотонные свойства, с полем квантовых точек, которое выставлять настраиваемые электронные свойства. «

    Читайте также  Управление освещением с ик пульта

    Джейн и его соавторы сделали свои квантовые точки из полупроводникового сульфида меди, материала, который, как известно, поддерживает многочисленные стехиометрии с дефицитом меди. Первоначально нанокристаллы сульфида меди были синтезированы с использованием обычного метода горячей инжекции. В то время как это привело к получению нанокристаллов, которые по существу были самодопированы носителями заряда p-типа, не было никакого контроля над количеством вакансий или носителей заряда.

    «Мы смогли преодолеть это ограничение, используя метод ионного обмена при комнатной температуре для синтеза нанокристаллов сульфида меди», — говорит Джейн. «Это замораживает нанокристаллы в относительно свободном от вакансий состоянии, которое мы можем затем контролировать с помощью обычных химических окислителей».

    Внедрив достаточное количество свободных носителей электрического заряда через легирующие примеси и вакансии, Джейн и его коллеги смогли достичь LSPR в ближней инфракрасной области электромагнитного спектра. Как объясняет Джейн, расширение плазмоники на полупроводники и металлы дает ряд существенных преимуществ.

    «В отличие от металла, концентрация свободных носителей заряда в полупроводнике может активно контролироваться легированием, температурой и / или фазовыми переходами», — говорит он. «Следовательно, частота и интенсивность LSPR в легируемых квантовых точках могут динамически настраиваться. С другой стороны, LSPRs металла, однажды спроектированного с помощью выбора параметров наноструктуры, таких как форма и размер, постоянно заблокированы. «

    Джайн рассматривает квантовые точки как интегрированные в различные будущие фотонные устройства на основе пленок и чипов, которые можно активно переключать или контролировать, а также применять в таких оптических приложениях, как визуализация in vivo. Кроме того, сильная связь, которая возможна между фотонными и электронными модами в таких легированных квантовых точках, имеет захватывающий потенциал для применений в солнечной фотоэлектрической и искусственном фотосинтезе.

    «В фотоэлектрических и искусственных фотосинтетических системах свет должен поглощаться и направляться для генерации энергичных электронов и дырок, которые затем могут быть использованы для производства электричества или топлива», — говорит Джейн. «Чтобы быть эффективными, очень желательно, чтобы такие системы демонстрировали усиленное взаимодействие света с экситонами. Это то, чего могла бы достичь легированная квантовая точка с модой LSPR».

    Потенциал для сильно связанных электронных и фотонных мод в легированных квантовых точках проистекает из того факта, что полупроводниковые квантовые точки допускают квантованные электронные возбуждения (экситоны), в то время как LSPR служат для сильной локализации или ограничения света определенных частот внутри квантовой точки. Результатом является усиленное взаимодействие экситон-свет. Поскольку частотой LSPR можно управлять, изменяя уровень легирования, а экситоны можно настраивать путем квантового ограничения, должна быть возможность создать легированные квантовые точки для сбора самых богатых частот света в солнечном спектре.

    Плазмоника квантовых точек также имеет интригующие возможности для будущих квантовых устройств связи и вычислений.

    «Использование одиночных фотонов в форме квантованных плазмонов позволило бы квантовым системам передавать информацию почти со скоростью света по сравнению со скоростью и сопротивлением электронов в классических системах», — говорит Джейн. «Легированные квантовые точки, обеспечивающие сильно связанные квантованные экситоны и LSPR и в одной и той же наноструктуре, могут служить источником одиночных плазмонов».

    Джейн и другие члены исследовательской группы Alivsatos в настоящее время изучают потенциал легированных квантовых точек, сделанных из других полупроводников, таких как селенид меди и теллурид германия, которые также демонстрируют перестраиваемые плазмонные или фотонные резонансы. Теллурид германия представляет особый интерес, поскольку обладает свойствами фазового перехода, которые полезны для запоминающих устройств.

    «Долгосрочной целью является обобщение плазмонных явлений для всех легированных квантовых точек, независимо от того, сильно ли они легированы или извне легированы относительно небольшим количеством примесей или вакансий», — говорит Джейн.

    Это исследование было поддержано Управлением науки Министерства энергетики.

    Ученые создали «электронный клей» на основе нанокристаллов

    Ученые создали так называемый электронный клей для полупроводниковых нанокристаллов, благодаря этой разработке перспективные наноматериалы на их основе смогут в скором времени начать активно применяться в технологиях изготовления дешевых и эффективных солнечных батарей и термоэлектронных устройств.

    Результаты исследования авторы — ученые химического факультета Чикагского университета (США) — опубликовали в журнале Science.

    Несмотря на то, что традиционные полупроводниковые материалы нашли сегодня широчайшее применение во многих областях техники, технологии их получения и обработки с использованием больших по размерам монокристаллов остаются довольно дорогостоящими. Поэтому развитие, в частности, солнечных батарей, даже на основе хорошо освоенного в микроэлектронике материала — кремния — сильно осложнено из-за невозможности сделать эти устройства приемлемыми по цене для массового покупателя.

    Полупроводниковые нанокристаллы, например, селенида или теллурида кадмия, имеющие размеры порядка нескольких нанометров, обладают рядом перспективных оптических и электрических свойств, которых нет у объемных материалов того же состава. Кроме того, технологии получения нанокристаллов полупроводников дешевы и просты. Поэтому материалы на основе пленок таких нанокристаллов гораздо более перспективны, чем традиционные монокристаллические полупроводниковые пластины.

    Однако до последнего времени появлению таких материалов на основе нанокристаллов мешало то обстоятельство, что при их синтезе используются органические стабилизаторы, предотвращающие рост кристаллов больших размеров и их «слипание» в растворе. Эти органические стабилизаторы, покрывая поверхность кристаллов толстой оболочкой, не позволяют добиться хорошего электрического контакта между полупроводниковыми нанокристаллами, нанесенными на поверхность в виде пленок.

    Дмитрий Талапин (Dmitri Talapin), руководитель научной группы на химическом факультете Чикагского университета, сумел впервые разработать методику замены органических стабилизаторов, называемых лигандами, на неорганические — молекулы халькогенидов металлов, такие как сульфид олова, селенид индия, теллурид цинка и другие.

    Согласно его методике, нанокристаллы, выращенные с помощью органических лигандов в среде неполярного растворителя гексана, переводятся простым перемешиванием в среду полярного растворителя, диметилсульфоксида или гидразина, с растворенными в нем молекулами халькогенидов металлов. При этом поверхность нанокристаллов освобождается от длинных органических молекул, место которых занимают короткие неорганические молекулы халькогенидов.

    Талапин и его команда показали, что такие стабилизаторы прекрасно предохраняют нанокристаллы от «слипания», а их поверхность — от окисления. Стабилизированные таким образом нанокристаллы полупроводников могут быть нанесены на поверхность в виде пленок. Если после этого пленки нагреть до сравнительно невысокой температуры в 200 градусов Цельсия, кристаллы приобретают хорошие электрические контакты, а электропроводность пленок на их основе резко увеличивается, так как связывающий их «клей» из халькогенидов, в свою очередь, сам приобретает полупроводниковые свойства.

    «Улучшенное электронное взаимодействие между нанокристаллами полупроводников позволит получать новые материалы на их основе, перспективные для применения в солнечных батареях или термоэлектрических устройствах, напрямую преобразующих тепло в электроэнергию», — сказал Дмитрий Талапин РИА Новости.

    «В настоящее время мы работаем над разработкой методов применения полученных нами материалов и испытанием прототипов устройств на их основе,» — отметил ученый.

    NAME] => URL исходной статьи [

    Ссылка на публикацию: РИА Новости

    Код вставки на сайт

    Ученые создали «электронный клей» на основе нанокристаллов

    Ученые создали так называемый электронный клей для полупроводниковых нанокристаллов, благодаря этой разработке перспективные наноматериалы на их основе смогут в скором времени начать активно применяться в технологиях изготовления дешевых и эффективных солнечных батарей и термоэлектронных устройств.

    Читайте также  Недорогие однофазные процессоры измерения энергопотребления

    Результаты исследования авторы — ученые химического факультета Чикагского университета (США) — опубликовали в журнале Science.

    Несмотря на то, что традиционные полупроводниковые материалы нашли сегодня широчайшее применение во многих областях техники, технологии их получения и обработки с использованием больших по размерам монокристаллов остаются довольно дорогостоящими. Поэтому развитие, в частности, солнечных батарей, даже на основе хорошо освоенного в микроэлектронике материала — кремния — сильно осложнено из-за невозможности сделать эти устройства приемлемыми по цене для массового покупателя.

    Полупроводниковые нанокристаллы, например, селенида или теллурида кадмия, имеющие размеры порядка нескольких нанометров, обладают рядом перспективных оптических и электрических свойств, которых нет у объемных материалов того же состава. Кроме того, технологии получения нанокристаллов полупроводников дешевы и просты. Поэтому материалы на основе пленок таких нанокристаллов гораздо более перспективны, чем традиционные монокристаллические полупроводниковые пластины.

    Однако до последнего времени появлению таких материалов на основе нанокристаллов мешало то обстоятельство, что при их синтезе используются органические стабилизаторы, предотвращающие рост кристаллов больших размеров и их «слипание» в растворе. Эти органические стабилизаторы, покрывая поверхность кристаллов толстой оболочкой, не позволяют добиться хорошего электрического контакта между полупроводниковыми нанокристаллами, нанесенными на поверхность в виде пленок.

    Дмитрий Талапин (Dmitri Talapin), руководитель научной группы на химическом факультете Чикагского университета, сумел впервые разработать методику замены органических стабилизаторов, называемых лигандами, на неорганические — молекулы халькогенидов металлов, такие как сульфид олова, селенид индия, теллурид цинка и другие.

    Согласно его методике, нанокристаллы, выращенные с помощью органических лигандов в среде неполярного растворителя гексана, переводятся простым перемешиванием в среду полярного растворителя, диметилсульфоксида или гидразина, с растворенными в нем молекулами халькогенидов металлов. При этом поверхность нанокристаллов освобождается от длинных органических молекул, место которых занимают короткие неорганические молекулы халькогенидов.

    Талапин и его команда показали, что такие стабилизаторы прекрасно предохраняют нанокристаллы от «слипания», а их поверхность — от окисления. Стабилизированные таким образом нанокристаллы полупроводников могут быть нанесены на поверхность в виде пленок. Если после этого пленки нагреть до сравнительно невысокой температуры в 200 градусов Цельсия, кристаллы приобретают хорошие электрические контакты, а электропроводность пленок на их основе резко увеличивается, так как связывающий их «клей» из халькогенидов, в свою очередь, сам приобретает полупроводниковые свойства.

    «Улучшенное электронное взаимодействие между нанокристаллами полупроводников позволит получать новые материалы на их основе, перспективные для применения в солнечных батареях или термоэлектрических устройствах, напрямую преобразующих тепло в электроэнергию», — сказал Дмитрий Талапин РИА Новости.

    «В настоящее время мы работаем над разработкой методов применения полученных нами материалов и испытанием прототипов устройств на их основе,» — отметил ученый.

    Физики научились управлять скирмионами в нанокристаллах

    Изменение структуры магнитных доменов в результате облучения ионным пучком 50 электронвольт (слева) и 100 электронвольт (справа)

    A. L. Balk et al./ Physical Review Letters, 2017

    Антисимметричное магнитное взаимодействие приводит к возникновению в магнитоупорядоченной среде областей с обратной намагниченностью, например скирмионов. В своей новой работе американские физики предложили способ управлять этим взаимодействием с помощью бомбардировки таких областей ионами аргона с энергией около 100 электронвольт. Исследование опубликовано в Physical Review Letters.

    Магнитный порядок возникает в кристаллических структурах в результате обменного взаимодействия спинов соседних атомов. Это приводит к взаимной ориентации спинов и возникновению магнитных доменов. В многоэлектронных атомах дополнительный вклад вносит спин-орбитальное взаимодействие и взаимодействие с магнитным полем кристаллической решетки.

    В случае, если поле кристаллической решетки является анизотропным, это может приводить к локальной переориентации спинов из-за антисимметричного обмена. Чаще всего такой эффект можно наблюдать в антиферромагнетиках, в которых из-за него возникают области спонтанной намагниченности. Кроме этого, примерами антисимметричного магнитного взаимодействия являются скирмионы — вихревые образования с обратной намагниченностью в магнитных материалах. Ученые многократно предпринимали попытки управлять антисимметричным взаимодействием, но почти всегда изменение энергии антисимметричного обмена дополнительно приводило к большому количеству неконтролируемых сопряженных изменений магнитных свойств.

    В своей новой работе американские физики предложили новый способ управления антисимметричным магнитным взаимодействием с использованием пучка ионов аргона Ar + . Ионным пучком ученые облучали трехслойную систему, в которой магнитным компонентом был 0,8-нанометровый слой кобальта, зажатый между двумя более толстыми (но тоже нанометровой толщины) слоями платины. При бомбардировке ионы аргона попадали на слой платины, выбивая часть атомов платины из решетки. Это приводило к увеличению ее шероховатости и, из-за очень небольшой толщины слоя, изменению энергии межфазной границы кобальт-платина и магнитного порядка в слое кобальта.

    Для получения необходимой магнитной структуры в нанослое кобальта ученые прикладывали магнитное поле под углом к плоскости пленки. В результате нормальная компонента поля приводила к образованию радиально-симметричной области с магнитным порядком, а тангенциальная компонента — к изменению формы этой области как раз за счет антисимметричного обменного взаимодействия. За изменением формы и структуры образующейся области ученые наблюдали с помощью магнитооптического эффекта Керра. А зная скорость и направление движения доменной стенки, ученые смогли определить величину и знак антисимметричного взаимодействия.

    Изменение структуры магнитных доменов в результате облучения ионным пучком 50 электронвольт (слева) и 100 электронвольт (справа)

    A. L. Balk et al./ Physical Review Letters, 2017

    Диаграмма зависимости величины антисимметричного магнитного взаимодействия от энергии ионного пучка и величины внешнего магнитного поля

    A. L. Balk et al./ Physical Review Letters, 2017

    По утверждениям ученых, предложенный ими способ управления антисимметричным магнитным взаимодействием в наномагнитных структурах, позволит создавать устройства с настраиваемыми свойствами скирмионов. Ранее физики уже предлагали способы управления скирмионами, например с помощью механического воздействия. Но до этого управляемо удавалось только создавать и уничтожать их, но не изменять их свойства.

    Поверхностная люминесценция квантовых точек

    Ученые ФИАН и МГУ им. М.В.Ломоносова впервые описали природу явления и возможные способы управления примесной люминесценцией, что открывает возможности для создания белых светодиодов или элементов квантовой электроники нового типа.

    Люминесценция или свечение вещества после поглощения энергии возбуждения была главным направлением деятельности основателя ФИАН С.И. Вавилова. Сегодня сотрудники отдела люминесценции им. С.И. Вавилова ФИАН и факультета наук о материалах МГУ исследуют свойства квантовых точек, использующихся в составе разного рода излучателей.

    Механизм люминесценции в твердом теле различается в зависимости от того, происходит она с участием электронной подсистемы всего кристалла или же внутри примесного центра. Что касается первого типа, межзонной люминесценции, обусловленной электронными переходами между валентной зоной и зоной проводимости, то она уже хорошо и подробно изучена. Однако с уменьшением размеров светоизлучающих нанокристаллов роль межзонной люминесценции заметно снижается – начинает доминировать примесная люминесценция, обусловленная электронными переходами между зонами и донорно-акцепторными уровнями примесных и поверхностных атомов. Цельного представления о природе этого явления пока не существует. Между тем, исследования примесной люминесценции и выявление возможностей управления ее характеристиками способны помочь в создании новых органических светоизлучающих диодов и элементов квантовой электроники. Оптики давно мечтают о создании источника белого света, идентичного естественному. Сейчас он получается лишь при комбинации излучателей красных, зеленых и синих цветов, а с грамотным использованием широкого спектра поверхностной люминесценции источники белого света можно будет получать на основе одного вещества.

    Читайте также  Внешняя направленная антенна типа яги wi-fi 12дб

    «Люминесценцию кристаллов CdS изучают со середины ХХ века. Конечно, все это время исследовались в основном не квантовые точки, а обычные монокристаллы, но в них тоже наблюдалась достаточно интенсивная примесная люминесценция. Правда, что с ней дальше делать – оставалось непонятным, – рассказывает один из авторов исследовательской работы Алексей Кацаба – студент 5 курса МФТИ, работающий в отделе Люминесценции ФИАН под руководством д.ф.-м.н. Алексея Витухновского, – Мы же предлагаем некоторое развитие темы. Наши образцы выращены методом коллоидной химии, у них большая примесная люминесценция, имеющая сложную структуру и температурные зависимости, которые мы связываем с передачей энергии между уровнями, отвечающими за свечение поверхностных состояний. Таких результатов с четкой структурой примесной люминесценции раньше не наблюдалось».

    Оптические свойства полупроводниковых нанокристаллов сейчас исследуются практически повсеместно и находят свое применение в разнообразных органических светодиодах, биологических маркерах, лазерах или элементах квантовой электроники. В большинстве случаев люминесценция полупроводников определяется межзонными переходами, и поэтому ее цвет можно контролировать, изменяя размеры нанокристаллов. Однако с их уменьшением на поверхность все больше выходят различные дефекты и примеси образцов, увеличивается и доля поверхностных атомов. Все это приводит к проявлению примесной люминесценции, свойства которой остаются неизученными.

    В своей работе исследователи изучали наночастицы CdS характерных размеров в 4-5 нм. Они были получены из пересыщенного раствора высококипящего неполярного растворителя и дополнительно стабилизированы олеиновой кислотой. Такая обработка должна была связать поверхностные состояния и погасить примесную люминесценцию, но анализ образцов показал, что на поверхности наночастиц в изобилии остались непрореагировавшие участки. Поэтому полученная взвесь нанокристаллов в растворе излучала желтый свет, что по спектрам соответствовало примесной люминесценции. При этом на спектрах также присутствует и основной, малый по интенсивности, межзонный пик люминесценции на длинах волн синего цвета. Широкая же примесная область является суперпозицией трех отдельных пиков, поведение которых с изменением температуры различается. «Пик, связанный с зоной внутри квантовой точки, смещается с таким же характером, как межзонный экситонный переход. Получается, что некоторые переходы и линии в примесном спектре тоже зависят от размера квантовой точки. С изменением размера полоса будет сдвигаться. Об этом говорят и температурные зависимости», – объясняет Алексей Кацаба. На основе этих термических зависимостей спектров и кинетических кривых фотолюминесценции удалось построить модель энергетических уровней и переходов, отвечающих за оптические свойства образцов. Результаты исследования планируется опубликовать в Journal of Chemical Physics.

    На рисунке – спектры фотолюминесценции полупроводниковых нанокристаллов CdS с шагом по температуре около 30К.