AMOLF onderzoekers bepalen emissie aantal lichtdeeltjes van CdSe quantum dot
Hoeveel licht kan een CdSe quantum dot uitstralen? Quantum dots zijn kunstmatige lichtbronnen van een paar nanometer groot die zo gefabriceerd kunnen worden dat iedere kleur in het kleurenspectrum kan worden uitgezonden. Door hun kleine formaat en flexibiliteit zijn ze erg geschikt voor toepassingen. Maar om deze lichtbronnen effectief te gebruiken is het van belang te weten hoeveel lichtdeeltjes deze bronnen per seconde kunnen uitzenden. Onderzoekers van het FOM instituut AMOLF, samen met collega's van de Deense Technische Universiteit en de Universiteit Twente zijn er nu in geslaagd om dit aantal lichtdeeltjes per seconde te bepalen. Dit is een belangrijke stap naar verder inzicht in het gedrag van deze quantum dots. Deze resultaten zijn 5 januari online verschenen in Physical Review B.
Veel van het licht om ons heen ontstaat via een proces dat spontane emissie heet. Bijvoorbeeld in de gele lampen langs de snelweg. De natrium atomen in deze lampen kunnen in een aangeslagen toestand worden gebracht. Om deze energie weer kwijt te raken wordt licht uitgezonden.
Niet alleen atomen kunnen spontane emissie vertonen. Er bestaan ook kunstmatige lichtbronnen. Quantum dots zijn klompjes halfgeleidermateriaal van een paar nanometer diameter. Afhankelijk van de grootte van de klompjes verandert de kleur van het licht dat ze uitzenden. Deze flexibiliteit maakt de quantum dots heel geschikt voor toepassingen, bijvoorbeeld in biologie, waar deze lichtuitzendende deeltjes gekoppeld worden aan eiwitten om deze te detecteren. Maar ook in toekomstige LEDs of quantum computers zouden deze kunstmatige lichtbronnen een grote rol kunnen gaan spelen.
Om deze quantum dots ten volle te kunnen benutten in toepassingen is het van belang te weten hoeveel licht een quantum dot kan uitzenden per seconde. Zo'n quantum dot wordt in een geëxciteerde toestand gebracht, waarop de toegevoegde energie kan vervallen in licht of in warmte. De totale vervalsnelheid van de quantum dots is een som van de radiatieve vervalsnelheid, hoeveel licht per seconde er wordt uitgezonden, en de niet radiatieve snelheid, de hoeveelheid warmte per seconde die wordt geproduceerd. Helaas is het zo dat in een directe meting alleen de totale vervalsnelheid gemeten wordt terwijl vooral de radiative vervalsnelheid interessant is.
Onderzoekers van het FOM Instituut AMOLF zijn er samen met collega's van de Deense Technische Universiteit en de Universiteit Twente nu toch in geslaagd om deze radiatieve vervalsnelheid van de belangrijke CdSe quantum dots te bepalen. Ze hebben hiervoor gebruik gemaakt van een speciale eigenschap van de vervalsnelheid. Die snelheid wordt namelijk niet alleen bepaald door de quantum dot zelf, maar ook door de omgeving waarin deze quantum dot zich bevindt. Door de quantum dots voor een zilveren spiegel te plaatsen, wordt hun eigen uitgezonden licht teruggekaatst en dit beïnvloedt de radiatieve vervalsnelheid van de quantum dot. Maar de spiegel heeft geen effect op de niet radiatieve snelheid. Hierdoor kunnen de twee verschillende componenten van de vervalsnelheid gescheiden worden.
Het opvallende aan het resultaat is dat deze radiatieve vervalsnelheid nauwelijks af lijkt te hangen van de grootte van de quantum dot. Ongeacht de grootte kunnen de lichtbronnen ongeveer 60 miljoen fotonen per seconde uitzenden. Deze waarde maakt het mogelijk om nieuwe berekeningen te doen om het gedrag van quantum dots nog beter te begrijpen.
Referentie: Physical Review B 79, 045301 (2009)
URL: http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.79.045301
Voor meer informatie kunt u contact opnemen met Merel Leistikow, FOM Instituut AMOLF, (020) 608 12 34.
Informatie is ook te vinden op de website: http://cops.tnw.utwente.nl/