(PhysOrg.com) -- Recherche par des scientifiques de Los Alamos publiée aujourd'hui dans la revue La nature documente des progrès significatifs dans la compréhension du phénomène de clignotement des points quantiques. Leurs découvertes devraient améliorer la capacité des biologistes à suivre des particules uniques, permettre aux technologues de créer de nouvelles diodes électroluminescentes et sources de photons uniques, et stimuler les efforts des chercheurs en énergie pour développer de nouveaux types de cellules solaires hautement efficaces.

Le plus excitant est que les chercheurs de Los Alamos ont montré que le clignement peut être contrôlé et même complètement supprimé par voie électrochimique. Comme le décrit l'article de Nature, le groupe a développé une nouvelle expérience spectro-électrochimique qui leur a permis de charger et de décharger de manière contrôlée un seul point quantique tout en surveillant son comportement de clignotement. Ces expériences ont facilité la découverte de deux mécanismes de clignotement distincts. "Notre travail est une étape importante dans le développement de nanostructures avec des propriétés stables, propriétés sans clignotement pour des applications allant des diodes électroluminescentes et des sources à photon unique aux cellules solaires, " dit Victor Klimov, Scientifique du LANL et directeur du Center for Advanced Solar Photophysics (CASP).

Les points quantiques sont des particules de 1 à 10 nanomètres de diamètre. Un nanomètre ne fait qu'un milliardième de mètre de diamètre, ou environ 1/3000ème du diamètre d'un cheveu humain. A ces dimensions minuscules, les règles de la physique quantique permettent aux scientifiques de produire des particules finement accordables, propriétés électroniques et optiques dépendantes de la taille. Avec le fait qu'ils peuvent être fabriqués au moyen de techniques de chimie humide faciles, leur nature quantique fait de ces points des matériaux attrayants pour un large éventail d'applications.

Les points quantiques à nanocristaux sont sur la scène de la recherche depuis des décennies. La couleur qu'ils produisent lorsqu'ils sont excités par l'absorption de la lumière ou le courant électrique peut être réglé avec précision de l'infrarouge au spectre visible jusqu'au spectre ultraviolet, et ils sont bon marché et faciles à faire.

Face à ces avantages, il y a un inconvénient :les propriétés optiques des points quantiques peuvent varier de manière aléatoire dans le temps. Peut-être, la manifestation la plus dramatique de cette variation est le « clignotement » des points quantiques.

En outre, s'il est alimenté par du courant électrique ou de la lumière, ils sont caractérisés par un effet connu sous le nom de recombinaison Auger qui à la fois concurrence l'émission de lumière dans les diodes électroluminescentes et réduit le courant de sortie dans les cellules solaires. Le clignotement et la recombinaison Auger réduisent l'efficacité des points quantiques, et leur contrôle a fait l'objet d'intenses recherches.

Pour sonder le mécanisme responsable du clignotement, Christophe Galland, chercheur postdoctoral au CASP, avec des collaborateurs du Centre de nanotechnologies intégrées (CINT) et du CASP, ils ont développé une nouvelle expérience spectro-électrochimique qui leur a permis de charger et de décharger de manière contrôlée une seule boîte quantique tout en surveillant son comportement de clignotement. C'est ce travail qui est décrit dans l'article de Nature. Son principal résultat est la découverte de deux mécanismes de clignotement distincts.

Le premier est cohérent avec le concept traditionnel de clignotement des points quantiques, C'est, la charge et la décharge électriques aléatoires du noyau du point. Dans ce modèle, un état chargé est "sombre" en raison d'une recombinaison Auger non radiative très efficace.

Le deuxième mécanisme était une surprise; la majorité des points quantiques clignotent en raison du remplissage et du vidage d'un défaut de surface "piège" sur le point. S'il n'est pas occupé, ce piège intercepte un électron « chaud » qui produirait autrement une émission de photons, provoquant ainsi un clignotement. Avec des recherches plus poussées sur les propriétés photophysiques des points quantiques, les scientifiques espèrent fournir un modèle théorique complet de ce phénomène.

"La nouvelle technique de spectro-électrochimie à nanocristal unique développée ici pourrait facilement être étendue pour étudier l'effet de la charge dans un large éventail de nanostructures, y compris les nanotubes et les nanofils de carbone, " a déclaré Han Htoon, un scientifique du CINT qui a participé à la recherche. "Je pense que cela deviendra une nouvelle capacité importante pour CINT."

Des expériences ont été menées au CINT, une installation d'utilisateurs de l'Office of Science du ministère de l'Énergie des États-Unis et un centre de recherche scientifique à l'échelle nanométrique. Son accent est mis sur l'exploration du chemin de la découverte scientifique à l'intégration des nanostructures dans les mondes micro et macro.