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大連化物所納米晶熱載流子弛豫動力學研究取得新進展

文章來源:大連化學物理研究所   發布時間:2019-05-10  【字號:     】  

  近日,中國科學院大連化學物理研究所光電材料動力學特區研究組研究員吳凱豐團隊采用飛秒瞬態光譜技術系統地研究了量子限域的鈣鈦礦納米晶的熱載流子弛豫動力學,發現該體系呈現出亞皮秒級別的熱載流子壽命與之前理論預測的“聲子瓶頸”機制不符,進一步研究發現熱載流子能量耗散通道由表面配體分子誘導的非絕熱弛豫機制所主導。相關成果發表于《化學科學》(Chemical Science)上。

  半導體中的光生載流子在與晶格(聲子)碰撞弛豫之前,具有顯著高于帶邊的能量,通常被稱為熱載流子。熱載流子的應用可使光伏器件的效率突破Shockley-Queisser極限,理論上可達到66%。然而,由于常見半導體中光生載流子與聲子間的散射發生于亞皮秒級別,熱電子的提取極為困難。有鑒于此,科學家們對可能產生長壽命熱載流子的各種機制進行了長期的探索。其中,半導體納米晶(或稱量子點)被預測具有長壽命的熱載流子,原因在于量子限域效應使得納米晶出現類原子的分立能級,這些能級間的能量差異高達幾百meV,使得熱載流子很難通過發射聲子的形式進行弛豫,被稱為“聲子瓶頸”現象。此外,