Физики СПбГУ втрое увеличили светоизлучение многокомпонентной наноструктуры
Методику увеличения фотолюминесценции структуры, которая представляет собой нитевидный нанокристалл с квантовой точкой и квантовой ямой внутри, разработали ученые Санкт Петербургского государственного университета (СПбГУ), 26 декабря сообщает пресс-служба вуза.
Новая методика позволит создавать лазеры, сенсоры и светодиоды, обладающие большей энергией излучения при меньшем размере устройства.
Уникальные свойства полупроводниковых наноразмерных структур, связанных с существующими в них квантовыми эффектами, в настоящее время находят применение для изготовления устройств в самых разных областях науки и техники. В том числе для оптоэлектроники, фотоники, медицины, возобновляемых источников энергии и других отраслей.
Среди этих эффектов следует упомянуть квантовые ямы, представляющие собой узкие потенциальные ямы, ограничивающие возможность движения частиц с трех до двух измерений, то есть только в плоском слое. А также квантовые точки — фрагменты полупроводников, электрические характеристики которых зависят от их размера и формы. За открытие квантовых точек выпускник СПбГУ Алексей Екимов получил в 2023 году Нобелевскую премию.
Особенно интересны для разработки различных приложений в области квантовых технологий комбинации подобных элементов различной размерности, таких как квантовая точка и квантовая яма в теле нановискера (нитевидный одномерный нанокристалл).
Ученые СПбГУ ранее показали, что эти структуры можно использовать как источники одиночных фотонов в широком диапазоне энергий. При этом такие композиции можно синтезировать на дешевых кремниевых подложках и затем с поверхности кремния перенести на любую другую.
В своем новом исследовании они нашли способ усиления интенсивности излучения таких объектов, чтобы повысить эффективность приложений на их основе. Руководитель лаборатории новых полупроводниковых материалов для квантовой информатики и телекоммуникаций СПбГУ Родион Резник рассказал:
«Мы смогли добиться трехкратного увеличения интегральной интенсивности фотолюминесценции (излучения света) от наноструктур комбинированной размерности на основе системы материалов InAsP/InP (индий-мышьяк-фосфор/индий-фосфор), которые излучают в ближнем инфракрасном диапазоне».
Такое увеличение интенсивности излучения означает, что можно получать больше света, затрачивая значительно меньше энергии. Такой результат исследователи СПбГУ смогли получить за счет особой подложки SiOx/Ag/Si (оксид кремния серебро кремний), с которой взаимодействовал гибридный элемент, перенесенный на нее после синтеза.
Проведя численное моделирование, ученые установили, что усиление излучения произошло за счет взаимодействия электронно-дырочных пар в нановискерах с плазмон-поляритонами (квазичастицы, взаимосвязанные колебания электронов металла и электрического поля вблизи границы проводника и диэлектрика) в подложке.
Результаты исследования ученые представили в статье «Усиление поверхностной плазмон-поляритонной фотолюминесценции одиночных нанопроволок InP с квантовыми ямами InAsP» (Surface Plasmon Polariton Photoluminescence Enhancement of Single InP Nanowires with InAsP Quantum Wells), опубликованной в журнале Physica status solidi (RRL) — Rapid Research Letters (pss RRL).
Полученный учеными СПбГУ результат поможет при разработке, например, микромасштабных оптических приборов, работающих в ближнем инфракрасном диапазоне, таких как лазеры, источники одиночных фотонов, светодиоды, сенсоры и др.
