Een weg naar hoogwaardige ZnSe-kwantumdraden

Eendimensionale halfgeleider-nanodraden met een sterk kwantumopsluitingseffect – kwantumdraden (QW’s) – zijn van groot belang voor toepassingen in geavanceerde opto-elektronica en fotochemische conversies. Naast de state-of-the-art cd-bevattende, hebben ZnSe QW’s, als representatieve zware metaalvrije halfgeleiders, het grootste potentieel getoond voor milieuvriendelijke toepassingen van de volgende generatie.

Helaas zijn de tot nu toe geproduceerde ZnSe-nanodraden grotendeels beperkt tot het sterke kwantumopsluitingsregime met bijna-violet lichtabsorptie of tot het bulkregime met niet-waarneembare excitonkenmerken. Gelijktijdige, on-demand en zeer nauwkeurige manipulaties op hun radiale en axiale afmetingen – die sterke kwantumopsluiting in het blauwlichtgebied mogelijk maken – was tot nu toe een uitdaging, wat hun verdere toepassingen aanzienlijk belemmert.

In een nieuw artikel gepubliceerd in de Nationale wetenschappelijke recensie, heeft een onderzoeksteam onder leiding van professor YU Shuhong aan de Universiteit van Wetenschap en Technologie van China (USTC) de on-demand synthese van hoogwaardige, blauwlicht-actieve ZnSe QW’s gerapporteerd door een flexibele synthetische benadering te ontwikkelen – een tweestaps katalytische groeistrategie die onafhankelijke, zeer nauwkeurige en brede controles over de diameter en lengte van ZnSe QW’s mogelijk maakt. Op deze manier overbruggen ze de kloof tussen eerdere ZnSe QW’s van magische grootte en bulkachtige ZnSe-nanodraden.

De onderzoekers ontdekten dat een nieuwe epitaxiale oriëntatie tussen de kubische fase-katalysatorpunten en wurtziet ZnSe QW’s kinetisch de vorming van ultradunne, stapelfoutvrije QW’s bevordert. De sterke kwantumopsluiting, hoge mate van groottecontrole en de afwezigheid van gemengde fasen leiden samen tot hun goed gedefinieerde, ultrasmalle excitonische absorptie in het blauwlichtgebied met volledige breedte op half maximum (FWHM) van sub-13 nm. Na thiolpassivering aan het oppervlak elimineerden ze verder de elektronenvallen aan het oppervlak in deze ZnSe QW’s, wat resulteerde in langlevende ladingsdragers en zeer efficiënte zonne-naar-H₂ conversie.

Aangenomen wordt dat de tweestaps gekatalyseerde groeistrategie algemeen is voor een verscheidenheid aan colloïdale nanodraden. De toegang tot die hoogwaardige nanodraden zou dus in de toekomst een veelzijdige materiaalbibliotheek bieden voor toepassingen zonder zware metalen in zonnebrandstoffen en opto-elektronica.