Světelná emise trionu v křemíkových nanokrystalech s přímým zakázaným pásem potvrzená pomocí nízkoteplotní spektroskopie jednotlivých nanokrystalů

Experimentálně i teoreticky jsme prokázali, že u křemíkových nanokrystalů lze pomocí tahové deformace krystalického jádra způsobené vhodnou povrchovou pasivační vrstvou dosáhnout přímého zakázaného pásu. Následně jsme tento nový materiál zkoumali pomocí fotoluminiscenční spektroskopie jednotlivých nanokrystalů, a to v širokém rozmezí teplot (9–300 K). Ukázalo se, že výsledná spektra jsou značně variabilní. Tuto variabilitu je ovšem možné vysvětlit spektrální difuzí (posunem spektra během doby měření), což jsme potvrdili numerickým modelováním, a následně jsme byli schopni identifikovat základní spektrální motiv, odpovídající tvaru v pravém panelu na obrázku. Pozorovaný tvar lze vysvětlit zářivou rekombinací trionu, kvazičástice skládající se ze dvou děr a jednoho elektronu, což celosvětově řadí studované nanokrystaly mezi jedny z několika málo materiálů, na nichž byla světelná emise trionu (dříve považována za nemožnou) prokázána.

Křemíkové nanokrystaly s přímým zakázaným pásem pokryté metylovými skupinami –CH₃: Schéma vzniku trionové emisní čáry zářivou rekombinací elektronu s jednou ze dvou děr obsazujících hladinu v blízkosti vrcholku valenčního pásu (levý panel), část rekombinační energie je předána druhé díře. Schéma vzniku fononových replik každé čáry předáním části energie elektron–děrového páru kmitům krystalové mřížky nanokrystalu (prostřední panel) a experimentálně získané spektrum (pravý panel).

¹Institute of Physics of the ASCR, v.v.i., Cukrovarnická 10, 162 00 Prague 6, Czech Republic
²Faculty of Mathematics and Physics, Charles University, Ke Karlovu 5, 121 16 Prague 2, Czech Republic