Transiciones electrónicas en nanopartículas semiconductoras: rol de ligandos superficiales y efecto Burstein-Moss

VALENTINA A. ROVASIO; MARÍA BELÉN OVIEDO; IGLESIAS, RODRIGO A.

Congreso; NANO 2022 ENCUENTRO DE SUPERFICIES Y MATERIALES NANOESTRUCTURADOS; 2022

Las nanopartículas semiconductoras (NPs) han demostrado tener un gran potencial como componente principal de varias plataformas optoelectrónicas, desde celdas solares hasta diodos emisores de luz. Esto se debe a su alta estabilidad, espectro de absorción y emisión sintonizable, ancho de banda estrecha y amplio rango espectral luminiscente. La mayoría de estas propiedades están relacionadas con la estructura electrónica de la superficie de las NPs como también de sus transiciones electrónicas, es por ello que, para poder controlarlas es necesario conocer de manera detallada la naturaleza atómica de de las propiedades electrónicas y ópticas de estas NPs.En este trabajo basándonos en cálculos de primeros principios dentro del marco de la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT), estudiamos sistemáticamente los principales efectos en las propiedades electrónicas y ópticas de nanopartículas de ZnO y CdSe al modificar la concentración de transportadores de carga y añadir ligandos en su superficie. Analizamos,el efecto Burstein-Moss (BM) el cual introduce modificaciones en el band gap cuando aumenta la concentración de transportadores de carga en nanopartículas semiconductoras [1-3]. Como resultado demostramos que este efecto ocurre por la renormalización del band gap óptico debido al incremento de la concentración de transportadores de carga, en lugar del corrimiento rígido del nivel de Fermi y del borde de absorción, como establece el paradigma actual. A su vez investigamos el impacto de la naturaleza química de los ligandos en la estructura electrónica de las nanopartículas. Pudimos evidenciar que el acoplamiento electrónico entre los ligandos y los átomos superficiales modifican las bandas cristalinas de conducción o de valencia introduciendo nuevos estados electrónicos que pueden actuar como estados trampas dependiendo de la naturaleza del ligando. Por último, nuestros resultados muestran que el aumento de portadores de carga generan la aparición de transiciones electrónicas de baja energía que se asemejarían a transiciones electrónicas dentro de la banda de conducción del sistema neutro.