Квантовые точки и технология фототоковой микроскопии

Квантовые точки и технология фототоковой микроскопии

Ученые Брукхейвенской национальной лаборатории (США) — использовали технологию оптоэлектронной визуализации для изучения электронного поведения атомарно-тонких наноматериалов, подверженных воздействию света. Эта технология сканирующей фототоковой микроскопии, в сочетании с наномасштабной оптической визуализацией, видится мощным инструментом для понимания процессов, влияющих на генерирование электрического тока (фототока). Технология имеет ключевое значение для совершенства солнечных элементов, оптических датчиков, светодиодов и другой оптоэлектроники.

Генерация электрического тока

Воздействие света провоцирует некоторые полупроводники генерировать электрический ток. Полупроводники, состоящие из одного слоя или нескольких слоев атомов — например, графен, представляют особый интерес для оптоэлектроники следующего поколения.

Этот интерес очевиден по причине высокой чувствительности элементов к свету, что делает возможным управляющими функциями изменять электропроводность и механическую гибкость.

Однако количество света, поглощаемого атомарно-тонким полупроводником, ограничено, чем снижается реакция таких элементов на свет.

Для повышения светоотдачи двумерных (2D) материалов, учёные добавляют крошечные (10-50 атомов в диаметре) полупроводниковые частицы, называемые квантовыми точками.

Полученные таким способом «гибридные» наноматериалы не только поглощают больше света, но оказывают воздействие на связь двух компонентов в области границы раздела.

В зависимости от размера и состава, квантовые точки с легким возбуждением переносят либо заряд, либо энергию в 2D-материал.

Изучение процессов, влияющих на реакцию фототока гибридного материала в различных оптических и электрических условиях, таких как интенсивность входящего света и приложенного напряжения, — важный момент для проектирования оптоэлектронных устройств.

Процессы зарядки и передачи энергии

В этом исследовании учёные объединили тонкий слой атомарно дисульфид молибдена с квантовыми точками. Дисульфид молибдена является дихалькогенидом полупроводниковых соединений переходного металла (в данном случае молибдена).

Этот слой зажат между двумя тонкими слоями халькогенного элемента (в данном случае серы). Для управления межфазными взаимодействиями, учёными были разработаны два типа квантовых точек:

  1. Композиционная, способствующая переносу заряда.
  2. Композиционная, способствующая передаче энергии.

Оба вида точек имеют селенид кадмия в сердцевине, но один из сердечников окружен оболочкой сульфида цинка. Оболочка — это физический разделитель, который предотвращает перенос заряда.

Квантовые точки ядра-оболочки способствуют передаче энергии, тогда как квантовые точки непосредственно ядра способствуют переносу заряда.

Выполненные исследования показали: реакция фототока максимальна при низкой освещенности для гибридного устройства только для ядра (перенос заряда) и в условиях высокой освещенности гибридного устройства с сердечником-оболочкой (передача энергии).

Эти результаты показывают, что перенос заряда чрезвычайно полезен для устройства, функционирующего как фотоприемник, а передача энергии предпочтительнее для фотогальванических применений.


На основе материалов: BNL