Новые нанокристаллы могут непрерывно излучать свет

Более десятилетия ученые не могли достичь успеха в создании непрерывно излучающих источников от индивидуальных молекул вследствие особенности, называемой «мерцание». Однако теперь ученым из Рочестерского университета удалось понять физику, лежащую в основе этого явления, и совместно с исследователями из Eastman Kodak создать нанокристалл, который постоянно излучает свет.

Открытие может привести к созданию существенно более дешевых и более универсальных лазеров, ярких светодиодов и биологических маркеров, с помощью которых можно отслеживать взаимодействие лекарств с клетками на уровне, ранее не достижимом.

Многие молекулы а также и кристаллы могут поглощать или излучать фотоны. Но иногда при поглощении фотона излучения не происходит – его энергия превращается в тепло. Эти «темные» периоды чередуются со «светлыми», когда молекулы излучают нормально, и приводят к мерцанию.

Группа, которую возглавляли Тод Краус (Todd Krauss) и Кит Каэн (Keith Kahen), изучала новые типы кристаллов, подобные органическим светодиодам, но у которых нет присущих последним недостаткам – короткому сроку службы и проблем при изготовлении. В ходе исследований оказалось, что в одном из них отсутствует эффект мерцания. Он непрерывно излучал в течение четырех часов, в то время как в типичном случае мерцание случается через несколько миллисекунд или минут.

После длительного изучения исследователи пришли к заключению, что отсутствие мерцания является следствием необычной структуры нанокристалла. Нормально нанокристалл имеет ядро из одного полупроводника, обернутого в защитную оболочку другого с резкой разделяющей границей. Новый нанокристалл, однако, имеет непрерывный градиент от ядра из кадмия и селена к оболочке из цинка и селена. Этот градиент подавляет процесс безизлучательного поглощения фотона.

По мнению Крауса, лазеры на новых немерцающих кристаллах могут быть чрезвычайно дешевыми и легкими в изготовлении. Сегодня лазеры с разным цветом излучения создаются из различных материалов и с помощью различных процессов. Новые нанокристаллы позволят создавать лазеры любого цвета по одному техпроцессу. Чтобы изменить цвет излучения, достаточно просто изменить размер нанокристалла, что является относительно простой задачей.