ENGINEERINGNET.BE - Quantum dots zijn halfgeleider-nanokristallen met een diameter van slechts enkele nanometers.
Ze zijn zo klein dat quantummechanische effecten hun gedrag bepalen. De kleur van het licht dat ze uitzenden hangt af van hun grootte: kleinere puntjes stralen blauw licht uit, grotere rood.
Deze nieuwe studie laat zien dat oppervlaktecoating ook een bepalende factor is. De quantum dots in dit onderzoek stralen uit in het nabij-infrarode gebied: onzichtbaar voor het menselijk oog, maar essentieel voor telecommunicatie en optische systemen op basis van silicium.
Hun oppervlak is bedekt met moleculen die liganden worden genoemd; die voorkomen dat de nanokristallen in oplossing samenklonteren.
Bepaalde liganden blijken nu elektrische velden op te wekken binnen het nanokristal, die het lichtemissieproces verstoren.
Onderzoekers noemen dit het kwantumgebonden Stark-effect. Het is een verschijnsel dat eerder is waargenomen bij quantum dots die zichtbaar licht uitstralen.
Het team onderzocht quantum dots van verschillende groottes met twee verschillende oppervlaktecoatings: oliezuur en polyethyleenglycol (PEG).
Met oliezuur bedekte quantum dots gedroegen zich zoals verwacht: hun emissiesnelheid nam voorspelbaar toe met de deeltjesgrootte.
PEG-gecoate quantum dots lieten een ander beeld zien. Bij kleinere afmetingen zonden zij fotonen tot acht keer langzamer uit.
De PEG-moleculen wekken een klein elektrisch veld op binnen het nanokristal, en dat veld verstoort het lichtemissieproces.
Ook de ondergrond speelt een rol. Leggen onderzoekers quantum dots op een siliciumoppervlak, dan neemt hun emissiesnelheid toe met een factor tien.
De bevindingen zijn vooral van belang voor siliciumfotonica. Lichtemitters integreren in siliciumchips was al lang een knelpunt.
Quantum dots zijn een veelbelovende kandidaat, en nu onderzoekers begrijpen hoe ze de emissie via oppervlaktechemie kunnen sturen, komt die integratie een stap dichterbij.
Onderzoeker Willem Vos: "Dit laat zien dat er nieuwe manieren zijn om licht op nanoschaal dynamisch te sturen. Dat opent de deur voor onderzoekers in de fotonica om ultrasnelle optische modulatoren, uiterst gevoelige elektrische veldsensoren en geavanceerde biofotonische toepassingen te ontwikkelen met ongekende prestaties en stuurbaarheid."
