Uno de los grandes beneficios de las pequeñas piezas semiconductoras conocidas como puntos cuánticos es que pueden producir múltiples electrones de un solo fotón. una función llamada "multiplicación de portadoras, "lo que podría conducir a células solares baratas y altamente eficientes y nuevos tipos de detectores de radiación y foto.

La detección y cuantificación de este proceso de multiplicación en dispositivos de trabajo ha demostrado ser un desafío, sin embargo, como lo señaló Victor Klimov, director del Centro de Fotofísica Solar Avanzada (CASP) del Laboratorio Nacional de Los Alamos. "El avance clave es una capacidad recientemente desarrollada que nos permite seguir el destino de los electrones fotogenerados en escalas de tiempo ultrarrápidas directamente en las mediciones de fotocorriente. La investigación en nuestro equipo y en otros lugares se había centrado anteriormente en el uso de espectroscopía óptica para detectar la multiplicación de portadores y cuantificar su eficiencia. " él dijo.

"No ha quedado claro si las eficiencias observadas en las mediciones espectroscópicas se pueden reproducir en una fotocorriente de dispositivos de la vida real. Nuestro nuevo estudio nos permite abordar esta importante cuestión".

La nueva técnica implica monitorear los transitorios de fotocorriente en fotodetectores especialmente diseñados que proporcionan una resolución temporal muy alta de solo 50 picosegundos.

Jianbo Gao, el investigador postdoctoral que trabaja en este proyecto y coautor de un nuevo artículo de Nature Communications, dijo, "Las mediciones se han hecho posibles utilizando fotodetectores recientemente desarrollados que incorporan puntos cuánticos como parte del dispositivo y que sirven como su capa fotoconductora activa. Usando un diseño de fotodetector apropiado en combinación con electrónica ultrarrápida, hemos podido resolver picos de fotocorriente muy cortos debidos a multiexcitones producidos en un proceso de multiplicación de portadores ".

Dijo Andrew Fidler, un becario postdoctoral del director de Los Alamos en el proyecto, "Una dificultad clave con la multiplicación de portadores es extraer rápidamente portadores fotogenerados antes de que se recombinen". En el caso de multiexcitones, este proceso de recombinación está gobernado por el llamado decaimiento Auger, que se caracteriza por ser extremadamente corto, escalas de tiempo de picosegundos. "Con nuestros nuevos fotodetectores, Hemos demostrado que aplicando un tratamiento químico apropiado a la capa externa del punto cuántico, podemos extraer cargas del punto cuántico antes de su recombinación. Esto demuestra que la multiplicación de portadoras es un enfoque viable para mejorar la fotocorriente de los dispositivos de la vida real ".