24 ноября 2021

Ученые НИЯУ МИФИ разработали фотодетектор нового поколения на основе эффекта нелинейного плазмон-экситонного взаимодействия

Ученые Лаборатории нано-биоинженерии ИФИБ НИЯУ МИФИ с коллегами из ИНТЭЛ НИЯУ МИФИ разработали фотодетектор нового поколения на основе эффекта нелинейного плазмон-экситонного взаимодействия.

Ведущий международный нанотехнологический журнал Nanoscale(внешняя ссылка) опубликовал исследование сотрудников Лаборатории нано-биоинженерии (ЛНБИ) и Института нанотехнологий в электронике, спинтронике и фотонике (ИНТЭЛ) НИЯУ МИФИ. Ученые продемонстрировали возможность усиления электрического отклика гибридного плазмон-экситонного фотодетектора на инфракрасное возбуждение за счет нелинейного двухквантового переноса энергии от плазмонов к источникам носителей заряда в фотодетекторе (Krivenkov, V., Samokhvalov, P., Vasil’evskii, I.S., Kargin, N.I., Nabiev, I. Plasmon–exciton interaction strongly increases the efficiency of a quantum dot–based near-infrared photodetector operating in the two-photon absorption mode under normal conditions).

Полупроводниковые квантовые точки перспективны в качестве источников носителей заряда в нелинейно-оптических фотодетекторах, работающих в длинноволновой области спектра, поскольку способны поглощать энергию света в режиме двухфотонного поглощения, эффективность которого нелинейно зависит от амплитуды электромагнитного поля.

Обнаружено, что эта способность может быть усилена за счет их «подпитки» энергией возбуждения от расположенных рядом плазмонных наночастиц. Авторы работы использовали этот эффект для создания фотодетектора нового поколения, эффективно работающего в ближней инфракрасной области.

Детектор сконструирован таким образом, чтобы обеспечить оптимальное взаимное расположение в активном слое квантовых точек (нанокристаллов селенида кадмия) и металлических наночастиц (серебряных нанопластинок). Исследование подтвердило, что плазмонные наночастицы усиливают двухфотонное поглощение света квантовыми точками.

Авторы продемонстрировали, что в их новом фотодетекторе энергия возбуждения передается от плазмонов к экситонам в двухквантовом режиме, и поэтому зависимость интенсивности сигнала от интенсивности детектируемого излучения нелинейна.

В результате сила фототока в фотодетекторе оказалась на порядок большей, чем в детекторе, активный слой которого состоит из одних квантовых точек, без использования серебряных частиц. Другими словами, использование этого или подобного гибридного наноматериала на порядок повышает чувствительность фотодетектора. Этот эффект, несомненно, найдет широкое применение в оптоэлектронике.

Журнал Nanoscale, издаваемый Королевским химическим обществом (RSC) Великобритании, на сегодняшний день является одним из самых престижных изданий в области нанотехнологии. Его импакт-фактор приближается к 8, он не только входит в первый квартиль рейтинга SCImago Journal Rank по нескольким категориям, но и в 10% лучших мировых журналов по категориям «Нанонаука и нанотехнология» и «Науки о материалах».