Российские ученые работали совместно с коллегами из Китая, Гонконга и Австралии.
Ученые Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) вместе с коллегами из Института автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН), Китая, Гонконга и Австралии изготовили сверхкомпактные яркие источники ИК-излучения на квантовых точках теллурида ртути (HgTe) — будущие функциональные элементы квантовых компьютеров и передовых сенсорных устройств. Статья об этом опубликована в журнале Light: Science and Applications. Об этом сообщает пресс-служба департамента внешних коммуникаций ДВФУ.
Российские и зарубежные специалисты спроектировали и напечатали лазером на поверхности золотой пленки резонансную решетку, с помощью которой впервые смогли управлять интенсивностью излучения квантовых точек теллурида ртути (HgTe), светящихся в ближнем и среднем ИК-диапазоне.
Ближний и средний инфракрасный (ИК) диапазоны крайне перспективны для реализации оптических телекоммуникационных устройств, детекторов и излучателей, а также сенсорных и охранных систем нового поколения. Появившиеся относительно недавно материалы на основе полупроводниковых квантовых точек (КТ) обеспечивают генерацию излучения именно в этих диапазонах. Трудность в том, что фундаментальные физические ограничения (золотое правило Ферми, Оже-рекомбинация и др.) приводят к резкому снижению интенсивности свечения КТ на больших длинах волн в ИК диапазоне.
Учёные ДВФУ, ИАПУ ДВО РАН вместе с иностранными коллегами преодолели это ограничение, применив специальную резонансную решетку из наноструктур. Ее изготовили методом сверхточной лазерной записи на поверхности тонкой пленки золота.
«Разработанная нами плазмонная решетка состоит из миллионов упорядоченных на поверхности пленки золота наноструктур и изготавливается с использованием передовых технологий прямой лазерной записи. Такая технология не является дорогостоящей (в сравнении с существующими коммерческими методами литографии), легко масштабируется, позволяя покрывать наноструктурами области размером несколько квадратных сантиметров. Это открывает перспективы для использования разработанного подхода в реальных приложениях – создании новых оптических телекоммуникационных устройств, детекторов и излучателей, в том числе первого ИК-микролазера на квантовых точках», — рассказал автор работы, научный сотрудник Центра Национальной технологической инициативы по виртуальной и дополненной реальности (НТИ) по виртуальной и дополненной реальности ДВФУ Александр Кучмижак.
Учёный объяснил, что резонансная решетка конвертирует излучение, использующееся для накачки нанесенного сверху тонкого слоя КТ, в особый тип электромагнитных волн – поверхностные плазмоны. Такие волны, распространяясь вдоль поверхности золотой решетки, обеспечивают эффективную накачку КТ и приводят к существенному увеличению интенсивности и скорости их светового излучения.
«Для видимого спектрального диапазона квантовые точки синтезируют уже несколько десятилетий. Однако, КТ для ближнего и среднего ИК диапазона умеют синтезировать всего несколько научных групп в мире. Благодаря разработанной нами плазмонной решетке, состоящей из упорядоченных специальным образом плазмонных наноструктур, мы можем контролировать основные светоизлучающие характеристики таких уникальных КТ, например, многократно увеличивать интенсивность и скорость эмиссии, уменьшать эффективность безызлучательной рекомбинации, а также управлять формой спектра излучения», — рассказал другой автор работы, старший научный сотрудник ИАПУ ДВО РАН Александр Сергеев.
По его словам, квантовые точки — перспективный класс соединений-люминофоров. Они долговечны и, в отличие от органических молекул, не выгорают, синтезируются простым и экономически выгодным химическим методом.
Исследование поддержано грантами Российского научного фонда (No. 17-19-01325), Центра функциональной фотоники Городского университета Гонконга, Комиссией по инновациям и технологиям правительства Гонконга (No. ITS/402/17).