Des chercheurs de Skoltech et leurs collègues ont construit deux modèles qui expliquent avec précision le comportement d'émission de lumière des nanoplaquettes semi-conductrices, de minuscules structures qui peuvent devenir les éléments constitutifs de l'optoélectronique du futur. L'article a été publié dans la revue Chimie Physique Physique Chimique .

Optoélectronique, un domaine de la photonique qui exploite les effets de la mécanique quantique de la lumière sur les matériaux électroniques, en particulier les semi-conducteurs, a gagné beaucoup de traction pour sa promesse dans toutes sortes d'applications. Celles-ci vont des cellules solaires et des LED aux lasers colloïdaux, une technologie qui devrait remplacer les diodes laser à semi-conducteur conventionnelles utilisées dans les lecteurs de codes-barres et les communications par fibre optique.

Dans la recherche de matériaux avec de meilleures propriétés optiques plus adaptés à une utilisation en optoélectronique, la recherche s'est concentrée sur les nanoplaquettes, qui sont des nanocristaux semi-conducteurs de faible dimension très prometteurs. Ce sont des structures plates, de quelques nanomètres seulement, et remarquablement polyvalent et ajustable. Les techniques modernes de synthèse de précision permettent aux chercheurs de les cultiver essentiellement à la demande, contrôler leur forme, épaisseur, et la structure cristalline. Ces paramètres affectent directement la capacité et les propriétés de photoluminescence.

"L'adaptation de la synthèse de nanocristaux photoluminescents à des applications spécifiques peut nécessiter des prédictions de caractéristiques spectrales et de relaxation. Par conséquent, nous avons besoin d'une compréhension détaillée et d'une modélisation de la cinétique sous-jacente, " Skoltech Provost Keith Stevenson, professeur au Center for Energy Science and Technology et co-auteur de l'article, explique.

Stevenson, doctorat diplômé Aleksandr Kurilovich et Vladimir Palyulin, Professeur assistant au Center for Computational and Data-Intensive Science and Engineering, ont rejoint leurs collègues pour se concentrer sur un moyen d'expliquer la cinétique non triviale de la photoluminescence des nanoplaquettes semi-conductrices dans les expériences. Selon les chercheurs, les descriptions théoriques et les découvertes expérimentales antérieures ont toujours supposé une décroissance exponentielle de l'intensité de la photoluminescence dans les nanoplaquettes. Mais des mesures plus récentes ont montré un comportement brutal en loi de puissance à long terme, indiquant la complexité.

L'équipe a construit deux modèles, une simulation et une théorique, décrivant la cinétique de la photoluminescence dans les nanoplaquettes grâce à l'activité des excitons, quasiparticules dans le semi-conducteur qui sont responsables de l'émission lumineuse dans le cas de leur recombinaison. Les modèles indiquent que le piégeage des excitons au niveau des défauts de surface et son interaction avec la diffusion sont les principales raisons de la cinétique complexe. Cela a permis d'interpréter avec succès les résultats expérimentaux de nanoplaquettes composites faites de séléniure de cadmium et de sulfure de cadmium.

"Le modèle montre l'importance des défauts à long terme et leur capacité à retarder la recombinaison. Cela pourrait être utilisé pour estimer la densité de défauts nécessaire pour ralentir l'émission, Donc, allonger le temps d'émission, " dit Stevenson.

D'autres organisations impliquées dans cette recherche comprennent l'Université d'État Lomonossov de Moscou, Institut de physique et d'astronomie de l'Université de Potsdam, et Institut Akhiezer de physique théorique, Centre national des sciences "Institut de physique et de technologie de Kharkov".