(a) La carte de contour normalisée des spectres d'émission lorsque le mélange de nanomatériaux est enrobé dans un tube capillaire. Les lignes pointillées blanches indiquent les seuils du laser rouge (accepteur) et du laser vert (donneur). En haut :images photographiques correspondant à l'émission spontanée, laser accepteur et double laser, respectivement. (b) Intensité intégrée du laser en fonction de la fluence de la pompe pour les donneurs (points verts/ligne) et les accepteurs (points rouges/ligne). Trois régimes d'émission (c'est-à-dire émission spontanée, accepteur laser et double laser) sont grisés, rouge clair et vert clair, respectivement. (c) L'intensité intégrée normalisée de l'émission spontanée des donateurs. Dans le régime laser accepteur, les excitons sont transférés aux accepteurs plus efficacement, par conséquent, l'émission spontanée des donneurs augmente de manière sublinéaire par rapport à la puissance d'excitation. Ensuite, il augmente de manière super-linéaire lors de l'entrée en régime laser double (d) L'efficacité de sortie d'exciton calculée dans le donneur. Trois efficacités distinctes (50 %, 90% et 2%) sont atteints et contrôlés par la fluence d'excitation correspondant à l'émission spontanée, accepteur laser et double régime laser. (e) Illustration du contrôle du flux d'excitons par émission stimulée. Le mécanisme fondamental consiste à contrôler la densité des donneurs excités N1D et des accepteurs non excités (état fondamental) N0A en utilisant un taux de recombinaison d'excitons très élevé pour stimuler l'émission. Crédit :Junhong Yu, Manoj Sharma, Ashma Sharma, Savas Delikanli, Hilmi Volkan Demir, Cuong Dang
Les dispositifs à semi-conducteurs à base d'excitons ont le potentiel d'être des blocs de construction essentiels pour que les technologies de l'information modernes ralentissent la fin de la loi de Moore. L'exploitation de dispositifs excitoniques nécessite la capacité de contrôler les propriétés excitoniques (par exemple, flux d'excitons, taux de recombinaison des excitons ou énergie des excitons) dans un milieu actif. Cependant, jusqu'à maintenant, les techniques démontrées pour le contrôle excitonique ont été soit intrinsèquement complexes, soit sacrifiées la vitesse de fonctionnement, ce qui est voué à l'échec et peu pratique pour une mise en œuvre réelle. D'où, un schéma mettant l'accent sur le contrôle tout optique, la fabrication ascendante et l'auto-assemblage sont fortement souhaités pour les applications du monde réel.
Dans un nouvel article publié dans Science de la lumière et applications , scientifiques de l'École de génie électrique et électronique, Université technologique de Nanyang, Singapour, développé un moyen pratique de contrôler le flux d'excitons entre différents puits quantiques colloïdaux (CQW) à température ambiante, tout au long de signaux optiques. Grâce à la combinaison de l'émission stimulée et du transfert d'énergie par résonance de Förster (FRET), le flux d'excitons entre les CQW donneurs de séléniure de cadium (CdSe) et les CQW accepteurs CdS/CdSe/CdS core-shell peut être fortement manipulé. En utilisant cette méthode, transition continue entre trois régimes d'écoulement d'excitons distincts avec des rendements d'environ 50 %, ~90% et ~2% ont été démontrés. La méthode et la technique rapportées, qui démontrent un prototype de laboratoire d'un dispositif de flux d'excitons contrôlable tout optique avec plusieurs étages de modulation, peut inspirer la conception de circuits excitoniques tout optique fonctionnant à température ambiante.
L'idée centrale de la méthode est basée sur la compétition du taux d'émission stimulé, le taux d'émission spontanée et le taux de FRET ainsi que le comportement seuil de l'émission stimulée. Ces scientifiques résument le processus de contrôle du flux excitonique dans leurs travaux :
"A faible fluence de pompe lorsque l'émission à la fois des donneurs et des accepteurs est spontanée, près de 50 % de la population d'excitons des donneurs s'écoule vers les accepteurs via le FRET. En augmentant le niveau de pompage pour obtenir une émission stimulée dans les accepteurs, nous pouvons grandement améliorer l'efficacité du flux d'excitons jusqu'à 90 %, car l'épuisement rapide des excitons dans les accepteurs favorise considérablement le processus de FRET. En augmentant encore la fluence pour initier l'émission stimulée dans les donneurs, le flux d'excitons vers les accepteurs s'éteint presque parce que le taux d'émission stimulé chez les donneurs est beaucoup plus rapide que le taux de FRET."
"Pour mieux comprendre ce processus, nous avons développé un modèle cinétique couplé par FRET pour identifier les processus concurrents responsables de la manipulation du flux d'excitons à différents niveaux d'excitation optique. Les résultats de la simulation peuvent reproduire qualitativement la tendance du flux d'excitons des donneurs aux accepteurs démontrée dans nos expériences." Junhong Yu, le premier auteur de la recherche, ajoutée.
"Ce contrôle excitonique actif dans un dispositif tout optique (c'est-à-dire, une configuration laser en mode galerie chuchotant) offre non seulement une plate-forme pour acquérir un aperçu plus approfondi de la physique du FRET, mais est également hautement préférable pour le traitement de l'information basé sur l'excitonique avec des potentiels de circuits excitoniques à contrôle entièrement optique." Dr. Cuong Dang, a déclaré l'auteur principal de la recherche.
"Les auteurs discutent d'un défi scientifique très actuel, qui est de se diriger vers les dispositifs excitoniques. Le contrôle du flux d'excitons dans les milieux optiquement actifs est la condition essentielle pour le développement d'un dispositif à l'état solide, Et ainsi, a été le centre d'attention. L'utilisation du chevauchement de population modulé par l'action laser dans les paires donneur-accepteur sera un complément intéressant à l'extension des études excitoniques sur les matériaux optiquement actifs. Cette étude a des mérites et l'avancée est technologique, offrant une voie tout optique pour manipuler le flux d'excitons dans des structures de puits quantiques colloïdaux, " Dr Lei, l'un des examinateurs de LSA mentionné.
