Ученые Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» обнаружили эффект многократного усиления фотолюминесценции квантовых точек при синергии эффектов Парселла и плазмонного усиления возбуждения. Эффект может быть полезен для улучшения технологии QLED (дисплеев на основе квантовых точек), а также для области оптической квантовой информатики. Результаты исследования опубликованы в престижном международном журнале Journal of Physical Chemistry Letters.

Фотолюминесцентные квантовые точки широко используются при создании светодиодов, дисплеев и как базис для квантовых излучателей в области квантовой информатики. Ранее известные способы дополнительного усиления их яркости — эффект Парселла и эффект плазмонно-индуцированного усиления поглощения — имеют существенные ограничения при применении на практике.

Так, плазмонно-индуцированный эффект усиления поглощения связан с локальным усилением электромагнитного поля вблизи поверхности плазмонных нано-объектов, приводящим к большей вероятности поглощательных переходов в близко расположенных квантовых точках, в сравнении с ситуацией, когда плазмоны отсутствуют или не возбуждаются. Таким образом, в единицу времени происходит большее число актов возбуждения квантовых точек. Этот эффект сопровождается сильным падением квантового выхода (эффективности преобразования квантов возбуждения в излучаемые фотоны).

Эффект Парселла заключается в ускорении процесса излучательной релаксации в квантовых точках внутри микро- нанорезонаторов (в том числе плазмонных), что приводит к росту вероятности излучения и соответствующему росту квантового выхода фотолюминесенции. Однако величина квантового выхода не может превысить значения равного 100%, что не позволяет использовать данный эффект для увеличения яркости квантовых точек с изначально высоким квантовым выходом.

Для преодоления этих ограничений авторы работы создали тонкопленочный гибридный материал, состоящий из слоя квантовых точек в полимерной матрице, покрытого слоем плазмонных наночастиц серебра. Подбор формы и типа плазмонных наночастиц позволил создать условия для одновременной реализации эффектов Парселла и плазмонно-индуцированного усиления поглощения. Оказалось, что при одновременной реализации этих эффектов происходит усиление поглощения, но не происходит падения квантового выхода. Более того, синергия этих эффектов привела к росту яркости как квантовых точек с изначально высоким квантовым выходом (ярких, излучающих квантовых точек), так и изначально неизлучающих квантовых точек.

Полученные в работе результаты значительно повышают привлекательность использования квантовых точек для технологии QLED, дисплеев на основе квантовых точек, а также для области оптической квантовой информатики.

Контакты:

Научный сотрудник, к.физ.-мат.н. В.А. Кривенков (vkrivenkov@list.ru)

Директор по внешним связям М.Г. Коренкова (MGKorenkova@mephi.ru)

Лаборатория нано-биоинженерии (www.lnbe.mephi.ru)

Лаборатория гибридных фотонных наноматериалов (http://lpnm.mephi.ru/index.php/ru/)

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

115409 Российская Федерация, Москва, Каширское шоссе, д. 31