Ученые из Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН создали модель, объясняющую оптические спектры полупроводниковых коллоидных нанокристаллов. Исследователи показали, что макроскопический магнитный момент возникает за счет взаимодействия квазичастицы экситона внутри кристалла с его поверхностью, в результате чего локализованные на поверхности не спаренные спины и выстраиваются в одном направлении. Об исследовании рассказывает пресс-релиз института.

Полупроводниковые коллоидные нанокристаллы — это полупроводниковые частицы с размерами от 1 до 10 нанометров, рассеянные в аморфной среде (стекле, органической матрице или жидкости). Носители заряда в них концентрируются в очень малом объеме, что усиливает все взаимодействия между ними, в том числе те, что зависят от спина частиц.

Вторая важная особенность таких структур — на поверхности нанокристалла существуют оборванные связи, представляющие собой локализованные парамагнитные центры. Такие локализованные спины могут создавать локальные магнитные поля, действующие на спины носителей заряда. Кроме того, с уменьшением размеров кристалла растет относительная доля поверхности.

Исследования российских ученых показали, что магнитные свойства возникают благодаря оборванным связям на поверхности.

Полупроводниковые коллоидные нанокристаллы в стекле и в водном растворе были впервые синтезированы более 30 лет назад. Их оптические исследования в России и в США положили начало новой области — физике полупроводниковых нуль-мерных структур, или квантовых точек.

Сейчас интерес к полупроводниковым коллоидным нанокристаллам растет, так как, во-первых, совершенствуются технологии их синтеза и работы с ними, и во-вторых, сами кристаллы представляют перспективные структуры для оптоэлектроники, биологии и медицины, для создания приборов и устройств наноэлектроники, использующих спиновую степень свободы.