Ученые физического и химического факультетов МГУ установили возможность управления оптическими свойствами нанокристаллов на основе теллурида кадмия в форме тетраподов – перспективного полупроводникового материала. В будущем подобные материалы могут быть использованы для создания оптоэлектронных приборов нового поколения (оптических фильтров, лазеров на квантовых точках).

Исследование опубликовано в журнале Results in Physics. Работа выполнена в рамках научной школы (НОШ) МГУ «Фотонные и квантовые технологии. Цифровая медицина».

Коллоидные полупроводниковые нанокристаллы представляют большой интерес ввиду хорошо настраиваемых оптических и электронных свойств, а также широкого спектра потенциальных применений, включая создание люминесцентных солнечных концентраторов и солнечных элементов, активных лазерных сред, устройств преобразования цвета при генерации оптических гармоник, светодиодов и так далее. К числу наиболее привлекательных полупроводниковых структур относятся гетероструктурные нанокристаллы в форме тетраподов.

Учёные МГУ экспериментально исследовали и проанализировали особенности фотолюминесценции и нелинейного поглощения нанокристаллов CdTe/CdSe в зависимости от интенсивности резонансного однофотонного возбуждения. В работе впервые обнаружен в спектре фотолюминесценции гигантский синий сдвиг линии (≈ 0,13 эВ), связанной с излучательной рекомбинацией пространственно разделенной электронно-дырочной пары в молекулярной донорно-акцепторной системе.

«При достижении высокой плотности возбуждения исследуемых наноструктур, экситоны (связанное состояние электрона и дырки) начинают «тереться плечами» друг об друга, что приводит к увеличению их радиуса и, как следствие, уменьшению их энергии связи. Именно из-за того, что экситоны становятся «слабее» или даже распадаются на свободные электрон и дырку, мы и наблюдаем синий сдвиг в спектре фотолюминесценции. Нами установлено, что управлять величиной сдвига возможно как интенсивностью возбуждения нанокристаллов, так и геометрией самих нанокристаллов. Важно отметить, что данный эффект был обнаружен при комнатных температурах, что связано с высокой энергией связи экситонов в нанокристаллах, существенно превосходящей энергию теплового движения частиц», – рассказал старший научный сотрудник кафедры физики полупроводников и криоэлектроники МГУ Александр Смирнов.

Кроме этого, обнаружены линии фотолюминесценции, связанные с рекомбинацией прямых экситонов в отдельных компонентах гетероструктуры, что было подтверждено оптическими измерениями методом накачки и зондирования, демонстрирующими просветление экситонных переходов от обоих компонентов нанокристалла. Обнаруженные особенности спектров фотолюминесценции и спектров дифференциального пропускания позволяют определять и анализировать возможные каналы релаксации экситонов в исследуемых нанокристаллах. Ученые считают, что обнаруженные эффекты в исследуемых нанокристаллах делают их крайне перспективными материалами для создания различных оптоэлектронных устройств.