Исследователи из Великобритании получили первые полупроводниковые нанокристаллы, для которых при испускании света нехарактерно периодическое «моргание».

Это достижение, которое, как считают исследователи, является следствием лишь незначительного изменения состава материала, может дать толчок разработке нанокристаллов нового типа, которые могут найти применение, как в биомедицинской диагностике, так и для создания лазеров с низким порогом генерации.

Возбуждение и испускание небликующих полупроводниковых кристаллов. (Рисунок из Nature, 2009. DOI: 10.1038/nature08072)

Полупроводниковые наноматериалы весьма привлекательны, так как их оптические и электронные свойства находятся в сильной зависимости от их размера. Например, чтобы изменить излучаемый наночастицами цвет с синего не красный необходимо всего лишь увеличить в несколько раз размер частицы. Применение такого подхода невозможно для обычных полупроводников, как, например, арсенид галлия.

Тем не менее, с использованием нанокристаллов в качестве полупроводников также имеется ряд проблем, одна из которых заключается в том, что в процессе излучения света наноразмерные полупроводники периодически тускнеют или становятся ярче. Исследователи полагают, что такое поведение нанокристаллов связано с накоплением на них электрического заряда, причем этот заряд локализуется в местах дефектов кристаллической решетки. Заряд может поглощать энергию фотовозбужденных пар электрон-дырка, делая невозможным флуоресцентное испускание света.

Тодд Краусс (Todd Krauss) из Университета Рочестера попробовал решить проблему, получив нанокристалл, в котором реализуется плавный переход от ядра к оболочке (в полупроводниковых нанокристаллах, использовавшихся до настоящего времени ядро и внешняя оболочка имели принципиально различный состав). Для получения наночастиц применялся следующий подход – заготовку для оболочки из селенида кадмия прибавляли к ядру из селенида цинка, некоторое время прокаливали структуру для взаимной диффузии слоев, после чего покрывали получившийся нанокристалл слоем чистого селенида цинка.

Испытание показали, что нанокристаллы CdZnSe могут проявлять постоянную люминесценцию в промежутки времени от миллисекунд до нескольких часов, в то время, как типичные нанокристаллы CdSe/ZnS с резким переходом между оболочкой и ядром периодически «выключались» и «включались».

Источники: