Освещение кремниевых наночастиц с помощью резонансов Ми

Кремний, один из наиболее важных полупроводников, используется для изготовления электронных устройств, волноводов, детекторов, солнечных элементов и т. д. Однако непрямозонная структура кремния и низкая квантовая эффективность (10−7) препятствуют его использованию для создания эффективных эмиттеров. Для интегрированных фотонных схем крайне желательны эмиттеры на основе кремния с размерами в диапазоне 100–300 нм. В данной работе показано, что электрические и магнитные резонансы в кремниевых наночастицах позволяют повысить квантовую эффективность; также продемонстрировано излучение белого света кремниевыми наночастицами с характерным размером около 200 нм. Магнитные и электрические дипольные резонансы используются для существенного увеличения времени релаксации горячих носителей, тогда как магнитные и электрические квадрупольные резонансы применяются для уменьшения времени жизни горячих носителей, обусловленного радиационной рекомбинацией. Эта стратегия приводит к повышению квантовой эффективности кремниевых наночастиц почти на пять порядков по сравнению с массивным кремнием с учетом поглощения, индуцированного трехфотонным процессом.