(PhysOrg.com) - Pronto se podrán realizar avances significativos en la aplicación de estructuras coloidales como emisores de luz y láseres tras el descubrimiento de tasas de emisión de fluorescencia muy rápidas en nanoplaquetas coloidales. Estas nanoplaquetas combinan las mejores características de dos dominios:la amplia capacidad de sintonización de la absorción y fotoluminiscencia de los nanocristales y el corto tiempo de descomposición de los excitones en los pozos cuánticos. Este descubrimiento que fue anunciado por científicos del Laboratorio de Investigación Naval y Laboratoire de Physique et d'Etude des Matéiaux, UMR8213 du CNRS, ESPCI, sugiere que las nanoplaquetas son un importante, material novedoso para la construcción de diodos emisores de luz sintonizables, láseres de bajo umbral, y células solares fotovoltaicas. Los hallazgos completos del estudio se publican en línea en el 23 de octubre de 2011, número de la revista Materiales de la naturaleza .

Las nanoplaquetas son una nueva clase de materiales ópticos que son esencialmente atómicamente planos, CdSe coloidal cuasi bidimensional, CdS, y capas de CdTe con espesores bien definidos que van de 4 a 11 monocapas. Estas nanoplaquetas tienen propiedades electrónicas de pozos cuánticos bidimensionales formados por epitaxia de haz molecular, y sus espectros de absorción y emisión dependientes del espesor están completamente controlados por el espesor de la capa. El confinamiento espacial muy alto de los portadores en estas estructuras coloidales, prácticamente inaccesible en pozos cuánticos epitaxiales, combinado con oportunidades para crear muy delgado, capas planas (hasta 1,5 nm) de los semiconductores hacen que la banda prohibida de este material se pueda sintonizar en un rango de 1,4 eV. El borde de la banda de absorción ampliamente sintonizable, que está controlado principalmente por el espesor de nanoplaquetas, da como resultado espectros de emisión ampliamente sintonizables.

La fuerte mejora de la interacción de Coulomb entre los electrones y los agujeros debido a la pequeña constante dieléctrica del medio circundante es otra propiedad de las nanoplaquetas coloidales que no existe ni en los nanocristales coloidales esféricos ni en los pozos cuánticos epitaxiales. Este fenómeno disminuye significativamente el radio de los excitones y acorta su tiempo de desintegración radiativa. Además, La forma de las nanoplaquetas afecta la fuerza del acoplamiento del excitón con los fotones emitidos porque la componente tangencial del campo eléctrico del fotón no cambia su valor cuando penetra a través de la superficie de las nanoplaquetas planas. Esto también acorta el tiempo de desintegración fluorescente en estas estructuras.

Finalmente, los estados del excitón del suelo en nanoplaquetas cuasi-bidimensionales pueden tener una transición de fuerza de oscilador gigante conectada con el centro del excitón del movimiento coherente de masas. La transición de la fuerza del oscilador gigante es un fenómeno de la mecánica cuántica que puede describirse como excitación coherente del volumen, que es significativamente mayor que el volumen del excitón. El fenómeno fue predicho hace 50 años por Rashba. La transición de la fuerza del oscilador gigante del estado del excitón del suelo mejora la sección transversal de absorción y acorta significativamente el tiempo de desintegración radiativa del excitón. En el caso de estructuras bidimensionales, la mejora es proporcional a la relación entre el área del movimiento coherente del excitón y el cuadrado del radio de Bohr del excitón.

Los equipos de investigación del Laboratoire de Physique et d'Etude des Matéiaux y NRL encontraron que a temperatura ambiente, la vida útil de la fluorescencia de las nanoplaquetas de CdSe es más corta que la de los nanocristales de CdSe con un rendimiento cuántico y una longitud de onda de emisión similares. En tono rimbombante, la vida útil de la fluorescencia de las nanoplaquetas disminuye con la temperatura, mientras que su intensidad de emisión aumenta. Tal dependencia de la temperatura de la vida útil de la fluorescencia es una firma única de la transición de la fuerza del oscilador gigante, que anteriormente solo se observaba en pozos cuánticos a temperaturas de helio. A 6K, el tiempo de desintegración radiativa se vuelve más corto que 1 ns, que es dos órdenes de magnitud menor que para los nanocristales esféricos de CdSe. Esto hace que las nanoplaquetas sean los emisores fuorescentes coloidales más rápidos que se conocen y sugiere fuertemente que muestran una transición de fuerza de oscilador gigante.

Los esfuerzos futuros se centrarán en la optimización de estas estructuras de nanoplaquetas con el objetivo de eliminar los procesos no radiativos conectados con la superficie. El crecimiento de nanoplaquetas núcleo-capa ampliaría aún más las propiedades y aplicaciones de los materiales presentados aquí y allanaría el camino para la síntesis de coloidal, estructuras de pozos cuánticos múltiples. Tales estructuras deberían permitir a los investigadores aprovechar al máximo el acortamiento observado del tiempo de desintegración radiativa y la sintonización. y señalar el camino hacia futuros avances en fotónica, láseres y otras aplicaciones ópticas de nanoplaquetas.