محققان با ترکیب چاه کوانتومی و نانوذرات طلا موفق به ارائه ابزاری شدند که قادر به تبدیل طول موج و فرکانس نور است.
ترکیب چاه کوانتومی و نانوذرات طلا برای تغییر طول موج نور
یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه رایس موفق به ارائه روشی شدند که با استفاده از آن می‌توان نور را به طول موج‌های مختلف تبدیل کرد. برای این کار پژوهشگران ساختار ترکیبی از فلزات پلاسمونیک و چاه‌های کوانتومی نیمه‌هادی ساختند. این فناوری می‌تواند برای بهبود فرکانس موج به کار رود.
برای تبدیل نور معمولاً از نانوساختارهای پلاسمونیک استفاده می‌شود. در این روش از زوال پلاسمون که در اثر تابش به نانوذرات فلزی اتفاق می‌افتد، حفره و الکترون تولید می‌شود. این الکترون و حفره از نانوذره به چاه کوانتومی تزریق شده و در آنجا با نوترکیبی به فوتون‌های با انرژی بالا تبدیل می‌شوند.
محققان دانشگاه رایس نشان دادند با استفاده از چاه‌های کوانتومی GaN/InGaN و نانوذرات نقره و طلا می‌توان فوتون‌ها را از ۲٫۴ به ۲٫۸ الکترون ولت تبدیل کنند.
گروراج نایک می‌گوید: «تبدیل موج با استفاده از مولکول‌های آلی و لانتانیدها موجب نشر و جذب نور در فرکانس‌های مختلف می‌شود؛ چرا که سطح انرژی اتمی و مولکولی در این ساختار به‌گونه‌ای تنظیم شده که این تبدیل فوتون انجام شود. ما می‌توانیم چاه‌های کوانتومی طراحی کنیم که باند گپ آن‌ها به شکلی تنظیم شده که قادر به تولید فرکانس نوری مشخصی است. همین طراحی را می‌توان به‌گونه‌ای تغییر داد که امکان جذب فرکانس‌های مختلف فراهم باشد. این بدان معناست که ما می‌توانیم جذب و نشر را به‌صورت مستقل انجام دهیم؛ چیزی که پیش از این امکان‌پذیر نبوده است.»
در این آزمایش‌ها، دیرک ۱۰۰ نانومتری که در نوک آن نانوذرات طلا قرار دارد، به کار گرفته شد. زمانی که نور با طول موج ویژه‌ای به این نانوذرات تابیده می‌شود، نانوذرات انرژی نور را به پلاسمون تبدیل می‌کنند. این پلاسمون عمر کوتاهی داشته و انرژی خود را به‌صورت فوتون نشر می‌دهد یا این که آن را به گرما تبدیل می‌کند.
حاملین داغ که الکترون و حفره هستند، به سوی GaN و InGaN سوق داده می‌شوند که در واقع چاه‌های کوانتومی بوده که الکترون را به دام می‌اندازند. فرآیند نوترکیبی در این چاه‌های کوانتومی اتفاق افتاده و پرتویی با فرکانس بالا تولید می‌شود.
نتایج این پروژه در نشریه Nano Letters به چاپ رسیده است.
