Нове дослідження за участю дослідників з Університету Іллінойсу в Чикаго стало важливою віхою в синтезі багатофункціональних фотонних наноматеріалів. У статті, опублікованій в журналі Nano Letters, вони повідомляють про синтез напівпровідникових «гігантських» квантових точок ядро-оболонка з рекордно високим часом життя. Крім того, термін служби можна налаштувати, зробивши просту зміну внутрішньої структури матеріалу.
Група, до складу якої входили співробітники Прінстонського університету та Університету штату Пенсільванія, продемонструвала нову концепцію властивостей структури, яка надає можливість просторово локалізувати електрони або дірки в гетероструктурі ядро/оболонка шляхом налаштування кінетичної енергії носія заряду на поверхні параболічної потенційної енергії.
За словами хіміка UIC Престона Сні, це поділ носіїв заряду призводить до подовження терміну життя випромінювання та безперервного випромінювання на рівні окремих наночастинок.
«Ці властивості створюють нові додатки для оптики, сприяють новим підходам, таким як одночастинкове зображення з обмеженим часом, і створюють шляхи для розробки інших нових передових матеріалів», — сказав Сні, доцент хімії UIC і старший співавтор дослідження.
Сні та перший автор дослідження, Марселл Палмай, науковий співробітник UIC з хімії, об’єдналися з Хау Янгом з Прінстона та іншими, щоб збуджувати частинку квантової точки світлом, щоб перевести її в стан «екситон». Екситон — це пара зарядів електрон/дірка, і в нових матеріалах електрон зміщується з центру до оболонки, де він затримується на понад 500 наносекунд, що є рекордом для таких наноматеріалів.
«Як емісійні матеріали, квантові точки обіцяють створити більш енергоефективні дисплеї та можуть використовуватися як флуоресцентні зонди для біомедичних досліджень завдяки своїм надзвичайно надійним оптичним властивостям. Вони мають у 10-100 разів більше поглинання, ніж органічні барвники, і майже несприйнятливі до фотовідбілювання, тому вони використовуються в новому QLED-телевізорі Samsung», – пишуть вони.
За словами дослідників, ці нові частинки мають велику ефективність для фундаментальних біологічних відкриттів. Квантові точки, представлені в їхній статті, випромінюють на червоній довжині хвилі, що мінімізує розсіювання, тоді як довгий час життя дозволяє виконувати біологічне зображення з меншим фоновим шумом. На рівні окремої частинки нові квантові точки випромінюють безперервно, тому вчений може позначати білки, пов’язані з раком, і стежити за біологічною динамікою, не втрачаючи сигналу, що зараз є загальною проблемою для таких досліджень.
У майбутніх дослідженнях група планує продемонструвати, що ці матеріали є хорошими компонентами для оптичних пристроїв, таких як лазери мікронного розміру.