В продолжение многих лет ученые тщетно пытались создать источники непрерывного излучения на основе отдельных молекул, в которых отсутствует столь неприятный для научных исследований и многочисленных потенциальных приложений оптический эффект мерцания. Группа американских физиков из Рочестерского университета обнаружила физические явления, которые «ответственны» за эти эффекты, а исследователи компании Eastman Kodak, используя полученные результаты, вырастили полупроводниковый нанокристалл, который способен генерировать непрерывное излучение в течение весьма продолжительного времени.

Результаты работы, среди авторов которой также ученые из Школы прикладной и инженерной физики Корнельского Университета (School of Applied and Engineering Physics, Cornell University) и Исследовательской Лаборатории ВМС США, опубликованы в журнале «Nature» (Non-blinking semiconductor nanocrystals)

Многие молекулы и микроскопические кристаллы обладают способностью поглощать и испускать фотоны. Однако их излучение наблюдателю представляется мерцающим, поскольку периодически часть энергии, передаваемой им поглощенными фотонами, рассеивается в виде тепла. В результате этого, наблюдаются моменты, когда излучение отсутствует, как комментирует ведущий автор работы Тодд Краус (Todd Krauss), адъюнкт-профессор химии Рочестерского университета.

Группа г-на Краусса проводила поиск технологичных, долговечных и недорогих заменителей органических светодиодов; для экспериментального исследования были синтезированы нанокристаллы на основе нескольких различных соединений. Проводя рутинную проверку свойств одного из таких образцов, ученые отметили отсутствие признаков ожидаемого мерцания. Наблюдения продолжались в течение четырех часов, и все это время кристалл исправно испускал фотоны, в то время как традиционные материалы могут обеспечить лишь несколько минут непрерывного излучения. После обработки и анализа результатов экспериментов исследователи пришли к выводу о том, что необычные свойства нанокристалла объясняются его исключительной структурой. В «обычных» образованиях такого типа разнородные слои полупроводниковых материалов оказываются четко отделены друг от друга. Новый нанокристалл, напротив, характеризуется наличием плавного перехода между «ядром» (CdZnSe) и «оболочкой» (ZnSe), что и позволяет подавить процессы, препятствующие испусканию фотонов.

По мнению д-ра Крауса, производство нанокристаллов CdZnSe/ZnSe в промышленных объемах может решить проблему создания дешевых источников лазерного излучения. В настоящее время при конструировании лазеров, работающих на разных длинах волн, применяется несколько различных материалов и технологий. Использование описанных нанокристаллов позволит разработать универсальный техпроцесс, поскольку для изменения длины волны испускаемого излучения инженеру будет достаточно поменять физические размеры самой наноструктуры. Д-р Краус также считает вполне реальной перспективу замены органических светодиодов на нанокристаллы; при нанесении последних на плоскую поверхность можно, как он утверждает, получать качественные дисплеи толщиной с бумагу.

Финансирование для исследований предоставили несколько организаций, включая Министерство Энергетики США и Национальный Фонд Научных исследований США.

Евгений Биргер