Ученые Санкт‑Петербургского государственного университета разработали методику увеличения фотолюминесценции – излучения света – для структуры, представляющей собой нитевидный нанокристалл с квантовой точкой и квантовой ямой внутри. Благодаря этому можно создавать лазеры, сенсоры и светодиоды, дающие больше энергии при меньшем размере.
Полупроводниковые структуры находят применение в самых разных областях науки и техники, благодаря своим уникальным свойствам, связанным с малыми размерами и квантовыми эффектами. Из них могут быть созданы устройства для оптоэлектроники, фотоники, медицины, возобновляемых источников энергии и других отраслей. Среди них можно выделить квантовые ямы, нитевидные нанокристаллы (нановискеры) или квантовые точки, за открытие которых выпускник Университета Алексей Екимов получил Нобелевскую премию в 2023 году.
Результаты исследования опубликованы в научном журнале Physica status solidi (RRL) – Rapid Research Letters (pss RRL).
Ученые отмечают, что особенно интересны комбинации подобных элементов различной размерности, например квантовая точка и квантовая яма в теле нитевидного нановискера. Так, ученые СПбГУ показали, что такие структуры могут быть эффективными источниками одиночных фотонов в широком диапазоне энергий и, соответственно, являться перспективным материалом для создания приложений в области квантовых технологий. Кроме того, эти элементы обладают широким функционалом, поскольку могут быть синтезированы на дешевых кремниевых подложках, а затем оторваны с поверхности кремния и перенесены на любую другую.
Для увеличения эффективности приложений на основе таких композиций физики Санкт‑Петербургского университета нашли способ усиления интенсивности излучения из таких объектов.
«Мы смогли добиться трехкратного увеличения интегральной интенсивности фотолюминесценции (излучения света) от наноструктур комбинированной размерности на основе системы материалов InAsP/InP (индий‑мышяк‑фосфор/индий‑фосфор), которые излучают в ближнем инфракрасном диапазоне», – объяснил руководитель лаборатории новых полупроводниковых материалов для квантовой информатики и телекоммуникаций СПбГУ Родион Резник.
Увеличение интенсивности излучения позволяет получать больше света, затрачивая при этом значительно меньше энергии. Добиться такого результата физики Университета смогли за счет взаимодействия гибридного элемента с особой подложкой SiOx/Ag/Si (кремний‑серебро‑оксид кремния), на которую они были перенесены после синтеза.
Ученые провели численное моделирование, которое показало, что усиление излучения связано с взаимодействием электронно‑дырочных пар в нановискерах с плазмон‑поляритонами в подложке. Этот результат важен для разработки микромасштабных оптических приборов, работающих в ближнем инфракрасном диапазоне: лазеров, источников одиночных фотонов, светодиодов, сенсоров и других.