Los dispositivos optoelectrónicos híbridos basados en mezclas de semiconductores duros y blandos pueden combinar las propiedades de los dos tipos de materiales, abriendo la posibilidad de dispositivos con funcionalidades y propiedades novedosas, como métodos de procesamiento basados en soluciones económicas y escalables. Sin embargo, la eficiencia dedichos dispositivos están limitados por la comunicación electrónica relativamente lenta entre los componentes del material que depende de la transferencia de carga, que es susceptible a las pérdidas que ocurren en la interfaz híbrida.
Recientemente, un fenómeno llamado transferencia de energía resonante de Förster FRET se pronosticó teóricamente y se observó experimentalmente en estructuras híbridas que combinan un pozo cuántico inorgánico con una película semiconductora blanda. La transferencia de energía resonante de Förster es una transmisión de energía sin radiación que ocurre en la escala nanométrica desdeuna molécula donante a una molécula receptora. El proceso promueve la energía en lugar de la transferencia de carga, proporcionando una vía alternativa sin contacto que evita algunas de las pérdidas causadas por la recombinación de carga en la interfaz.
Ahora los investigadores de la Universidad de Chipre y la Universidad Tecnológica de Chipre, junto con colegas de la Universidad de Creta, Grecia, han llevado a cabo una investigación exhaustiva sobre cómo varios parámetros estructurales y electrónicos afectan a FRET en estructuras de pozos cuánticos de nitruro con polímeros emisores de luzCon base en sus estudios, los investigadores discuten el proceso para optimizar el proceso de transferencia de energía e identifican las limitaciones e implicaciones del mecanismo Förster en dispositivos prácticos. El trabajo demuestra la importancia de comprender FRET en estructuras híbridas que podrían allanar el camino para el desarrollo de nuevosdispositivos como LED de alta eficiencia y células solares. Los investigadores presentan su trabajo en un artículo publicado esta semana en el Revista de Física Química , de AIP Publishing.
"El trabajo teórico y experimental pionero ha demostrado que la energía se puede transferir eficientemente a través de semiconductores híbridos a través del mecanismo Förster. Sin embargo, nuestra comprensión no es completa y muchos parámetros materiales y estructurales que afectan a FRET en tales híbridos permanecen sin explorar. Nuestro trabajo emplea para unPor primera vez, un enfoque integral que combina la fabricación, el modelado teórico y la espectroscopía óptica para comprender completamente FRET en una estructura híbrida de polímero de pozo cuántico de nitruro ", dijo Grigorios Itskos, investigador principal y profesor asistente del Departamento de Física de la Universidad de Chipre..
"Utilizamos un enfoque sistemático para optimizar la eficiencia de FRET ajustando varios parámetros del componente de pozo cuántico de nitruro. El proceso nos permitió estudiar aspectos inexplorados del mecanismo e identificar mecanismos competitivos que limitan la eficiencia de transferencia de energía en estructuras planas híbridas.El resultado de nuestra investigación puede guiar los esfuerzos futuros hacia un diseño racional de geometrías híbridas que puedan optimizar FRET y limitar las pérdidas de la competencia para que los dispositivos basados en FRET sean viables ", dijo.
Itskos señaló que los investigadores optaron por estudiar estructuras basadas en nitruros porque el material está bien investigado y se utiliza en aplicaciones específicas como los LED emisores de luz azul ". Sin embargo, la funcionalidad [de las estructuras de nitruro] puede aumentarse aún más combinandocon otros semiconductores blandos como los polímeros emisores de luz. La capacidad de sintonización espectral y la alta eficiencia de absorción y emisión de luz de los polímeros pueden explotarse para demostrar una conversión descendente eficiente de la emisión de nitruro azul, proporcionando un esquema para LED híbridos eficientes ".Itskos dijo.
En el estudio, los investigadores inicialmente buscaron producir y estudiar pozos cuánticos de nitruro cerca de la superficie para permitir una proximidad cercana con el polímero emisor de luz depositado en su superficie superior.
"La proximidad a nanoescala promueve interacciones eficientes entre las excitaciones de los dos materiales, lo que lleva a una transferencia rápida de Förster que puede competir con la recombinación intrínseca de las excitaciones", explicó Itskos. La transferencia de energía resonante de Förster es un proceso fuertemente dependiente de la distancia que ocurreen una escala de típicamente 1 a 10 nanómetros. La vía sin contacto de transmisión de energía podría evitar pérdidas de energía asociadas con la recombinación de carga y el transporte en estructuras híbridas.
Utilizando una secuencia de corridas de crecimiento, modelado teórico y espectroscopía de luminiscencia una técnica espectralmente resuelta que mide la emisión de luz de un objeto, los investigadores identificaron la forma de optimizar la emisión de pozos cuánticos de superficie.
"Estudiamos la influencia de parámetros tales como la temperatura de crecimiento, la composición del material y el grosor del pozo cuántico y la barrera sobre las propiedades optoelectrónicas de las estructuras de nitruro. Aumento del confinamiento cuántico al reducir el ancho o aumentar la barrera del cuantoel pozo aumenta la emisión del pozo. Sin embargo, para el confinamiento cuántico alto del pozo, las excitaciones se escapan a la superficie de la estructura, apagando la luminiscencia. Por lo tanto, hay un conjunto óptimo de parámetros de pozo cuántico que producen estructuras emisivas ", dijo Itskos. También señaló que elLos estudios indican un fuerte vínculo entre la eficiencia de luminiscencia del pocillo cuántico de nitruro con la eficiencia de FRET de la estructura híbrida, según lo predicho por la teoría básica de Förster. La correlación podría proporcionar un método de optimización de FRET inicial y simple al optimizar la eficiencia luminiscente deel donante de energía en ausencia del material aceptor de energía.
"Nuestros estudios también indicaron que el dopaje electrónico de la capa intermedia entre el pozo cuántico de nitruro y la película de polímero reduce la eficiencia de FRET. Esto constituye una limitación potencial para la implementación de tales estructuras híbridas en dispositivos electrónicos del mundo real, como el dopaje electrónicoes necesario para producir dispositivos prácticos eficientes. Se necesitan más estudios para establecer la influencia exacta del dopaje en FRET ", señaló Itskos.
Dijo que el siguiente paso del equipo es realizar un estudio sistemático de estructuras híbridas basado en pozos cuánticos de nitruro dopado para investigar los mecanismos a través de los cuales el dopaje electrónico afecta las características de la transferencia de energía resonante de Förster.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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