Влияние примесей и молекулярного окружения на оптические свойства квантовых точек селенида кадмия (1102604), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Апробация работы проходила на следующихконференциях: Ломоносов-2009, Москва, Россия (2009); XI всероссийскаяшкола-семинар "Волны-2010", Москва, Россия (2010); ICONO/LAT 2010,Казань, Россия (2010); Nanomeeting 2011, Минск, Беларусь; ALT'11, ЗолотыеПески, Болгария; German-Russian conference on fundamentals and applications ofnanoscience, Берлин, Германия (2012); AMS'12, Санкт-Петербург, Россия(2012); Первая всероссийская конференция по жидким кристаллам РКЖК2012, Иваново, Россия (2012).Структура и объем работы.Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и основных выводови списка литературы из 92 наименований.
Общий объем работы – 106 страницмашинописного текста, включая 76 рисунков и 6 таблиц.7СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность выбранной темы диссертации,поставлены цель и задачи исследований, дан анализ научной новизныполученных результатов и их практической ценности, приведены положения,выносимые на защиту, а также представлен перечень конференций, в рамкахкоторых проходила апробация работы и список публикаций.Глава 1 представляет собой обзор теоретических и экспериментальныхданных по линейным и нелинейным оптическим свойствам квантовых точекселенидакадмия.Особоевниманиеуделеновлияниюпримесейидиэлектрической матрицы на их фотолюминесцентные свойства, а такжеэффекту фотоиндуцированного просветления.В разделе 1.1 обсуждается влияние квантового размерного эффекта иповерхностных дефектов на оптические свойства КТ CdSe.
Приводятсяэкспериментальные и теоретический данные об энергетическом спектреносителей заряда в КТ CdSe. В КТ CdSe. Пространственное ограничениеэкситонов в КТ приводит к высокоэффективной люминесценции КТ CdSe,причем в спектрах поглощения и люминесценции доминируют экситонныепереходы. Однако, безызлучательная рекомбинация на поверхностныхдефектахприводиткуменьшениюквантовоговыходаэкситоннойлюминесценции. Приводятся работы, демонстрирующие влияние такихповерхностных дефектов как вакансии атомов селена на ФЛ свойства КТCdSe. Эффект размерного квантования также приводит к значительноймодификации времен жизни экситонов. Показано, что биэкспоненциальныйспад ФЛ КТ CdSe связан с различными временами жизни так называемыхсветлогоитемногоэкситонов.Привозбужденииансамбляполупроводниковых нанокристаллов светом с энергией кванта много большейширины запрещенной зоны наблюдается неоднородно уширенный спектр ФЛ.Показано, что неоднородное уширение приводит к зависимости положенияпика спектра ФЛ КТ CdSe от энергии кванта возбуждающего света.
Метод8накачка-зондирование позволяет избежать неоднородного уширения уровнейразмерного квантования, вызванного разбросом КТ по размеру и форме. Вразделеприводятсяданныепонаблюдениюфотоиндуцированногопросветления и оптического усиления света в КТ CdSe в условиях действиямощногоультракороткогоимпульсянакачки.Делаетсявывод,чтоглавенствующую роль в указанных процессах играют процессы заполненияэнергетических уровней размерного квантования носителями заряда и ихдинамика их релаксации в основное состояние.В разделе 1.2 содержится информация об оптических свойствах КТ CdSe,иммобилизованных в ЖК полимерных матрицах. Обсуждается процесспереноса энергии по ансамблю КТ CdSe в полимерной матрице, результатомкоторого является красный сдвиг спектра ФЛ при увеличении концентрацииКТ.ПриводятсяданныепомодификацииспектраФЛКТCdSe,иммобилизованных в матрице холестерического ЖК полимера.
Показано, чтовзаимодействие ФЛ КТ CdSe с фотонной запрещенной зоной холестерическойматрицы приводит к голубому сдвигу спектра и циркулярному дихроизмулюминесценции КТ CdSe.В разделе 1.3 приводятся экспериментальные данные о влиянии примесимеди на оптические свойства КТ CdSe. Показано, что легирование КТ CdSeатомами меди приводит к тушению экситонной люминесценции и появлениюлюминесценции в ближнем инфракрасном (ИК) диапазоне.Глава 2 включает в себя описание экспериментальных методик,применяемых в работе наряду с описанием методики приготовления образцови их структурных свойств.В разделе 2.1 изложена методика снятия спектров и кинетик ФЛ,измерения квантового выхода ФЛ, а также методика измерения спектровдифференциального пропускания света.
При снятии спектров и кинетик ФЛ вкачествеисточниковвозбуждающегоизлученияиспользовались:1)импульсный N2-лазер с длиной волны излучения 337 нм и длительностьюимпульсов τ ~ 10 нс; 2) непрерывный Ar+-лазер с перестраиваемой длиной9волны (351 нм, 364 нм, 457нм, 467нм, 476нм, 488нм, 491нм, 501нм, 514нм); 3)100 фс – импульсы второй гармоники титан-сапфирового лазера с длинойволны 400 нм (энергия в импульсе Е~10мкДж, частота следования импульсов1кГц).
Для снятия спектров и кинетик дифференциального пропускания светабыласобранаосуществлялосьсхеманакачка-зондирование.импульсамивторойгармоникиВозбуждениенеодимовогообразцалазера(YAG:Nd3+), λpump=532 нм. Длительность импульса накачки составляла 23-25пс, энергия импульса w~12 мкДж. Возбуждающее излучение фокусировалосьна образец в пятно диаметром 2 мм, центральная часть которогозондировалась пучком света, выходящего из параметрического генераторасвета (ПГС), λprobe=560÷630 нм.В разделе 2.2 изложена методика приготовления и характеристикиисследуемых образцов.
В разделе 2.2.1 излагается методика синтезаколлоидных растворов КТ CdSe, легированных медью КТ Cd(Cu)Se илегированных эрбием КТ Cd(Er)Se. По данным просвечивающей электроннойРис. 1. ПЭМ-изображение КТ CdSe (а) и КТ Cd(Er)Se (б).микроскопии (ПЭМ) средний размер КТ d ≈ 3-4 нм, форма КТ сферическая вслучае нелегированных КТ CdSe и тетраэдральная - в случае КТ Cd(Cu)Se иCd(Er)Se. Содержание меди в нанокристаллах Cd(Cu)Se Содержаниеэрбия в КТ Cd(Er)Se В роли растворителя выступали гексан,10четырехлористый углерод и гептан соответственно в случае КТ CdSe,Cd(Cu)Se и Cd(Er)Se. Концентрация КТ во всех образцах с 1014 см-3.В разделе 2.2.2 приведены методика синтеза и характеристикинанокомпозитных систем на основе КТ CdSe и ЖК полимера.
Вдиссертационной работе исследовались нанокомпозитные пленки трехструктурных типов: смектик, нематик и холестерик. Размер КТ, внедренных вЖК полимерную матрицу составлял 3-4 нм. Весовая концентрация КТварьировалась в диапазоне от 0.1 до 30%. В разделе 2.2.3 приведена методикаприготовления пленок окисленного мезопористого кремния для последующейиммобилизации в них КТ CdSe. Пленка окисленного мезопористого кремниябыла приготовлена с помощью стандартного метода электрохимическоготравления пластины p+-Si с удельным сопротивлением 1-20 мОм*см иориентацией поверхности (110).
Плотность тока при травлении 40 мА/см2,время травления 45 мин. Полученная пленка мезопористого кремния затемотжигалась в печи при температуре 9000С в течение 1 часа. Следующий шагомбыла иммобилизация КТ в матрице, которая осуществлялась внесениемколлоидных КТ в матрицу с последующим высыханием на воздухе.В главе 3 приводятся основные экспериментальные результаты и ихобсуждение. Представлены данные по влиянию примесей меди и эрбия,свойств полимерной ЖК матрицы на фотолюминесцентные свойства иособенности фотоиндуцированного просветления квантовых точек селенидакадмия.
В разделе 3.1 представлены результаты исследования оптическихсвойств коллоидных и внедренных в матрицу окисленного мезопористогокремния КТ CdSe. Обнаружена немонотонная зависимость положения пикаэкситонной ФЛ КТ CdSe со средним размером 3 нм от энергии квантоввозбуждающего света в диапазоне 2.41-3.68 эВ (см. рис. 2). Из рисунка видно,что при увеличении энергии фотонов лазерного возбуждения от 2.41 до 2.54эВ максимум пика экситонной ФЛ сдвигается с 2.15 до 2.10 эВ. Придальнейшем увеличении энергии фотонов от 2.54 до 2.65 эВ положение пикаостаетсянеизменным.Наконец,при11увеличенииэнергииквантовПоложение пика ФЛ (эВ)возбуждающего света от 2.652,16до3.682,15смещаетсяэВспектркФЛсвоему2,14первоначальному2,13положениою с максимумом2,12при2,11Зависимость2,10экситонной полосы ФЛ была2,42,62,83,03,23,43,63,8Энергия лазерного излучения (эВ)Рис. 2.
Зависимость положения пика экситоннойФЛ коллоидных КТ CdSe со средним размером 3нм от энергии квантов возбуждающего света вдиапазоне 2.41-3.68 эВ.энергииобъяснена2.15эВ.положениясучетомраспределениянанокристаллов по размеру,спектральнойзависимостикоэффициента поглощения КТ CdSe и зависимости энергии электронных идырочных уровней от размера нанокристалла [6].Раздел3.2посвященобсуждениюФЛсвойствКТCdSe,иммобилизованных в матрице окисленного мезопористого кремния. Былообнаружено, что внедрение КТ в матрицу привело к росту относительнойинтенсивности примесной полосы, а также к уменьшению времен жизни ФЛ.Данные трансформации спектральных и временных характеристик ФЛ КТCdSe были объяснены захватом носителей заряда на уровни поверхностныхдефектов,вызванныхвнедрениемКТCdSeвматрицуокисленногомезопористого кремния.
Имел место эффект зависимости положения спектраФЛ от энергии возбуждения наблюдали для ансамблей нанокристаллов CdSe вматрице окисленного мезопористого кремния при комнатной и гелиевойтемпературах. Однако в этих случаях величина эффекта была меньше, чем вслучае коллоидного раствора КТ CdSe. Можно предположить, что это связанос тем, что большая часть электронов захватывается на дополнительныеповерхностные состояния, образующиеся при интеркаляции КТ в матрице.Вразделе3.3обсуждаютсяэкспериментальныеданныефотоиндуцированному просветлению коллоидных КТ CdSe под действием12по50t = 0 пс40300,2020t=400 псt=0 пс0,15мощного импульса накачки.На рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
