Эффект Оже делает примесные устройства более продуктивными
Новые эксперименты ученых из University of Washington (США) рассматривают никогда ранее не изучавшуюся роль примесей в фотолюминесценции пленок из электрически-активных квантовых точек. Измерения показывают никогда ранее не наблюдавшийся, но при этом неожиданно сильный эффект. Ученые обнаружили, что «примесный процесс», в котором в состав квантовых точек включена примесь Mn2+, намного более эффективен, нежели аналогичный процесс с «чистыми» квантовыми точками. Открытое явление позволяет повысить эффективность самых разных процессов, в частности, происходящих в полевых транзисторах и солнечных ячейках.
Процесс Оже начинается с высвобождения электрона, расположенного на внутренней орбите атома, в результате которого формируется так называемая вакансия. Существует много способов создания такой вакансии, но наиболее частый – бомбардировка образца потоком электронов. Образованная вакансия практически сразу заполняется электроном с внешней оболочки, одновременно испуская квант энергии; эффект Оже описывает ситуацию, в которой эта «лишняя» энергия не излучается в виде гамма-кванта, а передается третьему электрону, в результате этого процесса покидающему атом.
Группа ученых из США исследовала похожие процессы, в которых атом из возбужденного состояния переходил в обычное с передачей «лишней» энергии электрону применительно к квантовым точкам. Стоит отметить, что квантовых точках существенную роль начинают играть квазичастицы экситоны – спаренные электроны и дырки. Ранние изучения эффекта Оже в квантовых точках полагались на экситон-экситонные взаимодействия или взаимодействия экситонов со свободными электронами. Теперь же в рамках эксперимента использовались возбужденные атомы Mn2+, взаимодействующие с электроном. Подробно результаты работы приведены в журнале ACS Nano.
В рамках экспериментов ученые обнаружили, что эффект Оже при участии примесей в квантовых точках протекает гораздо более выражено. Разница возникает из-за того, что возбужденное состояние Mn2+ способно существовать в миллионы раз дольше, чем возбужденное состояние атома внутри квантовой точки без примеси. Это дает электрону гораздо больше времени на то, чтобы диффундировать внутри пленки из нанокристаллов (содержащих примеси) в поисках возбужденного нанокристалла.
По мнению американских ученых, эффект Оже – это обратный процесс для так называемого возбуждения в результате соударения, которое является базисом для многих электролюминесцентных устройств. Обычно подобные устройства работают на предельно-возможных плотностях тока (чтобы быть максимально яркими), но, по мнению научной группы, их мощность ограничена эффектом Оже. Поэтому своими исследованиями научная группа пыталась проникнуть в суть влияния данного эффекта на электролюминесцентные устройства. Проведенные эксперименты также могут иметь фундаментальное значение для интерпретации результатов различных фотолюминесцентных и электролюминесцентных экспериментов, проведенных ранее для полупроводниковых нанокристаллов, содержащих примеси.
