Последние эксперименты ученых из США показали, что электроны и дырки в коллоидной нанопластинке ведут себя так же, как и в квантовой яме. Это значит, что подобные пластинки могут быть чрезвычайно полезны с точки зрения возможного применения в оптоэлектронике, поскольку их производство дешевле и легче масштабируемо, чем в случае квантовых ям.

Квантовая яма – это тонкий слой полупроводника, в котором носители заряда (электроны и дырки проводимости) свободно перемещаются, но только по двум измерениям. Ограничение одного измерения позволяет создать в этом материале настраиваемую оптическую запрещенную зону.

Способность хорошо поглощать или излучать свет на определенных частотах дают квантовым ямам перспективы в роли компонента оптических модуляторов, фотоприемников или солнечных батарей. Кроме того, квантовые ямы используются в качестве среды усиления в полупроводниковых лазерах.

Проблема квантовых ям заключается в том, что

их достаточно трудно синтезировать. На данный момент их производят при помощи дорогих методов выращивания кристаллов. По сравнению с этими методами, коллоидные нанопластинки производятся гораздо проще – из химического раствора.

Нанопластинки представляют собой тонкие плоские полупроводниковые нанокристаллы, которые имеют всего несколько атомных слоев, при этом их толщина составляет несколько сотен нанометров. По мнению ученых из Argonne National Laboratory и University of Chicago (США),

носители заряда в такой нанопластинке должны вести себя, также как в квантовой яме. Предыдущие исследования уже демонстрировали, подобное сходство, но некоторые их результаты были противоречивыми.

В рамках новых исследований команда получила свои результаты, измеряя, насколько быстро в системе теряется энергия «горячих» фотонов, используя фотолюминесцентные техники с разрешением, как по времени, так и по частоте.

Подобные измерения, по мнению ученых, являются хорошим способом продемонстрировать различия между квантовыми ямами и нанопластинками. Когда квантовая яма или квантовая точка поглощает фотон высокой энергии (так называемый «горячий» фотон), образуется пара электрон-дырка. Для квантовых точек набор возможных энергий горячих фотонов ограничен, т.е. частицы могут терять энергию только через набор дискретных шагов; а для квантовых ям допустим непрерывный спектр энергий, т.е. возможна быстрая потеря энергии. Измерения показали, что

в нанопластинках, как и в квантовых ямах, возможна быстрая потеря энергии.

Свои эксперименты ученые выполняли на нанопластинах CdSe, толщина которых может контролироваться вплоть до одноатомного слоя. Они возбуждали нанопластину при помощи ультрабыстрых лазерных импульсов и измеряли переизлученный свет, как функцию времени и излучаемой частоты. При этом использовалось утверждение, что частоты излучаемых фотонов соответствуют энергии носителей заряда в нанопластинках.

Подробные результаты работы опубликованы в журнале Nano Letters. На сегодняшний день квантовые ямы широко используются в приложениях оптоэлектроники, поэтому результаты, полученные учеными, показывают, что нанопластинки также имеют большие перспективы.

Одним из первых приложений может быть новый тип недорогого полупроводникового лазера. Дополнительным преимуществом этих структур является возможность получать их сравнительно недорого, причем в больших объемах.

Команда продолжает свои исследования, пытаясь оценить, как структура самих нанопластин влияет на поведение высокоэнергетических носителей. Планируется также проверить, что нанопластины подходят для применения в лазерной технике.