El silicio es un material convencional para chips de computadora y células solares. Sin embargo, a pesar de que las propiedades del silicio son bien conocidas, las nanoestructuras aún ofrecen sorpresas. Un equipo encabezado por el Prof. Silke Christiansen en el Instituto HZB de nanoarquitecturas para la conversión de energía juntoscon el Instituto Max Planck para la Ciencia de la Luz MPL ha demostrado por primera vez cómo se comporta la luz en un nanocono de silicio. Sus simulaciones y experimentos numéricos ahora demuestran por qué esta geometría cónica es capaz de emitir una luminiscencia ópticamente excitada mucho mejor quenanocolumnas de tamaño comparable. "Los conos funcionan como conjuntos de pequeñas galerías susurrantes, no para el sonido, sino para la luz", explica Sebastian Schmitt, primer autor.
Luminiscencia fuerte en nanocones
Schmitt y su colega George Sarau irradiaron nanoocolumnas y nanoconos de silicio individuales usando luz láser roja 660 nanómetros y midieron la radiación que posteriormente fue emitida como luminiscencia por la muestra. Se sabe que la luminiscencia en silicio sin ninguna nanoestructuración es normalmentemuy bajo porque los electrones excitados apenas se recombinan radiativamente en este material intervalo de banda indirecto. En contraste, las nanoestructuras convierten una porción mucho mayor de la luz incidente en radiación electromagnética en la región del infrarrojo cercano. Este efecto en nanoconos es 200 veces más fuerte queen nanocolumnas. "Esta es la ganancia de luminiscencia más alta jamás medida en una estructura de silicio", dice Schmitt.
El modelado muestra los modos de galería de susurros
El equipo también puede explicar por qué esto es así. La propagación de las ondas electromagnéticas en varias geometrías de nanocables de silicio se puede calcular utilizando modelos numéricos. Debido a que el diámetro del nanocono cambia con la altura, hay varios niveles en los que la luz infrarroja es constructivasuperpuesto para formar ondas estacionarias. Esta amplificación facilita una mayor excitación de electrones y, por lo tanto, la liberación de luminiscencia. Este fenómeno se conoce como el efecto Purcell en el campo. Si una fuente de luz se encuentra en un resonador óptico, aumenta la emisión espontánea de luz.los nanocones actúan como resonadores sobresalientes, como galerías ópticas de luz.
Reglas de diseño para dispositivos novedosos
"Este tipo de nanoestructuras hechas de conos individuales no son difíciles de fabricar", explica Schmitt. Se integrarían fácilmente como componentes nuevos en las técnicas predominantes de fabricación de semiconductores CMOS utilizadas para diodos, interruptores optoelectrónicos y sensores ópticos, por ejemplo.las estructuras incluso podrían producir luz láser en conjunción con un medio ópticamente activo adecuado, supone el físico. "Podemos derivar reglas de diseño simples para nanoestructuras de semiconductores con este tipo de conocimiento para ejercer control sobre el número y las longitudes de onda de los modos alojados y así controlar la luminiscencia", dice Christiansen.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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