电化学掺杂纳米片中的零阈值光学增益及其背后物理
应用物理
2022-07-28 v1 介观与纳米尺度物理
材料科学
摘要
胶体纳米片 (NPLs) 是激光应用的有前景材料。其性质通常在 2D 材料框架下讨论,其中强激子效应主导带边附近的光学性质。同时,NPLs 具有有限横向尺寸,因此并非真正的扩展 2D 结构。本文研究 CdSe/CdS/ZnS 核-壳-壳 NPLs 在电化学 n 型掺杂与光激发下的光物理与增益性质。稳态吸收与 PL 光谱显示,由于激子结合能降低,核-壳-壳纳米片中的激子效应较弱。瞬态吸收研究揭示每纳米片仅一个激发的增益阈值。利用电化学 n 型掺杂,我们观察到带边激子跃迁的完全漂白。将电化学掺杂与瞬态吸收光谱结合,我们证明在宽光谱范围内增益阈值被完全消除,并获得数千 cm-1 的增益系数。这些掺杂 NPLs 是迄今报道的性能最佳的胶体纳米材料增益介质。CdS 与 ZnS 壳层导致的低激子结合能,连同 NPLs 相对小的横向尺寸,使得激发态有效离域于整个纳米片。核-壳 NPLs 因而处于量子点中的强限域与 2D 材料中的主导库仑效应之间的边界。我们证明该极限实际上利于光学增益,并导致每 nm2 增益阈值最小的纳米片最优横向尺寸。
引用
@article{arxiv.2207.13425,
title = {Zero-threshold optical gain in electrochemically doped nanoplatelets and the physics behind it},
author = {Jaco J. Geuchies and Robbert Dijkhuizen and Marijn Koel and Gianluca Grimaldi and Indy du Fossé and Wiel H. Evers and Zeger Hens and Arjan J. Houtepen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2207.13425},
year = {2022}
}