Влияние примесей и молекулярного окружения на оптические свойства квантовых точек селенида кадмия (1102604), страница 4
Текст из файла (страница 4)
9. Спектры дифференциального пропусканияКТ Cd(Er)Se при Δt=0 пс (закрытые символы) и 400пс (открытые символы). Спектр поглощения КТCd(Er)Se (сплошная кривая).пропусканияобразцаспектральнойвобласти2.13-2.18 эВ до 180%, чтов5разпревышаетмаксимальную величину дифференциального пропускания нелегированныхКТ CdSe (37%). При этом абсолютное значение коэффициента пропусканияувеливается с 0.3 до 0.85.
Также стоит отметить сужение спектральнойобласти, в которой наблюдалось просветление, с уменьшением временизадержки Δt, что обусловлено релаксацией фотовозбужденных носителейзаряда при увеличении времени задержки. Динамика релаксации просветленияпри энергии фотона 2.15 эВ иувеличении времени задержкиКТ CdSe(Er) в гептанезонд=575 нм (2.15 эВ)100Δt представлена на рис. 10.T() (%)Изрисункавидно,чтоврелаксациюфотоиндуцированного10просветления дают вклад два040080012001600процессасхарактернымивременами порядка 100 пс и 1t (ps)Рис.
10. Динамика релаксации дифференциальногонс. Спектр дифференциальногопропускания КТ Cd(Er)Se при энергии фотона 2.15эВ.18пропускания а также динамика его затухания позволяют связать наблюдаемоепросветление с заполнением фотовозбужденными носителями уровнейразмерного квантования электронов и дырок в КТ. Наблюдаемые наначальном этапе (Δt<100 пс) быстрая релаксация просветления ΔT(2.15эВ) инезначительный рост длинноволнового плеча ΔT(λ) можно связать состываниемносителей,сопровождающимсяихпереходомизболеевысоколежащих в нижние энергетические состояния. Дальнейшая релаксацияΔT(λ) контролируется, по-видимому, рекомбинацией носителей заряда.На рис.
11 представлены зависимости эффекта фотоиндуцированногопросветления коллоидных образцов Cd(Er)Se и CdSe от мощности лазернойнакачки. Просветление образца фиксировалось при длине волны λзонд = 575 нм(2.15 эВ), время задержки между импульсами накачки и зондирования Δt=0 пс.Из рисунка видно, что при повышении мощности лазерной накачки эффектфотоиндуцированногопро-светленияследуетлинейномуростуспоследующим переходом к насыщению, вызванному вкладом Оже-процессапри высоких уровнях накачки. При этом стоит отметить более низкий порогнасыщениявобразцелегированныхКТCd(Er)Seпосравнениюснелегированными КТ.
Данный факт наряду с более высокой величинойэффектафотоиндуцированного100Cd(Er)SeCdSeпросветления,1спектраль-нымиT/T0 (%)зонд = 575 нм (2.15 эВ)t = 0 псвременными210ностямигипотезу11002Плотность энергии импульсов лазерной накачки (мкДж/см )Рис.11.Зависимостьдифференциальногопропускания КТ Cd(Er)Se (кривая 1) и CdSe (кривая2) от плотности энергии лазерной накачки.19иособен-подтверждаетолегирование10еготом,чтоэрбиемприводит к штарковскомурасщеплениюэкситонногоуровня КТ и накоп-лениюфотовозбужденных носителей заряда на уровне, соответствующем максимумупоглощения образца.Вразделе3.5представленыэкспериментальныеданныепоисследованию оптических свойств нанокомпозитных пленок на основе КТCdSe со средним размером 3-4 нм, внедренных ЖК полимерные матрицы 3-хструктурных типов: смектик, нематик и холестерик.
На рис. 12 представленыспектры ФЛ образцов с различной концентрацией КТ в сравнении со спектромЖК полимерной матрицы БК-6ПА без КТ. На вставке спектр ФЛ коллоидногораствора КТ CdSe в гексане. Узкий пик с максимумом на длине волны 400 нмсоответствует рассеянному лазерному излучению. Спектр ФЛ ЖК полимернойматрицы БК-6ПА представляет собой широкий пик с максимумом на длиневолны 500 нм. Спектр ФЛ исследуемых композитных систем состоит изнескольких пиков. Коротковолновое плечо на длине волны 500 нмсоответствует люминесценции полимерной матрицы. Из рисунка видно, чтоинтенсивность ФЛ матрицыИнтенсивность ФЛ (отн. ед.)падает250012345620001500померероста0,8концентрации КТ CdSe ввиду0,4уменьшающейся0,0матрицывлазерногоизлучения550 600 650 700Длина волны (нм)1000увеличенииролипоглощенииприконцентрацииКТ. Кроме этого, в спектре500ФЛ0400 450 500 550 600 650 700 750Длина волны (нм)Рис.
12. Спектры ФЛ ЖК матрицы (кривая 1) инанокомпозитов ЖК / CdSe с различнойконцентрацией КТ: 0.1% (кривая 2), 0.5% (кривая3), 1% (кривая 4), 2% (кривая 5) и 5% (кривая 6).На вставке спектр ФЛ коллоидного раствора КТCdSe.20исследуемыхобразцовприсутствует пик, связанныйсизлучательнойрекомбинацией экситонов вКТ CdSe. Положение этогопика сдвигается от 540 до 560нм,втовремякакконцентрация КТ увеличивается от 0.1 до 5%. Красный сдвиг экситоннойполосы ФЛ может быть объяснен эффектом перепоглощения света поансамблю КТ.
Стоит отметить, что интенсивность экситонной полосы ФЛдостигает максимума при весовой концентрации КТ равной 0.5%. Дальнейшееувеличение концентрации КТ CdSe приводит к уменьшению интенсивностиэтой полосы. Этот факт может быть объяснен переносом энергии из КТ вполимерную жидкокристаллическую матрицу.
Также необходимо заметить,что экситонный пик ФЛ демонстрирует присутствие длинноволнового плеча смаксимумом на длине волны 600 нм, интенсивность которого растет по мерероста концентрации КТ. Появление этой полосы, по-видимому, вызвановлиянием электронных состояний на границе CdSe / ЖК. В низкоэнергетичнойчасти спектра присутствует широкая полоса с максимумом на длине волны750 нм, интенсивность которой практически не изменяется при измененииконцентрации КТ.
По-видимому, вклад в эту полосу дают как поверхностныедефекты КТ, такие как вакансии атомов селена, так и дефекты, вызванныевнедрением квантовых точек в структуру нанокомпозита. При исследованиикинетик ФЛ было обнаружено, что при иммобилизации КТ CdSe в ЖКполимерной матрице форма кинетики ФЛ остается биэкспоненциальной,однако, времена жизни ФЛ значительно укорачиваются.ВременажизниФЛ,полученныеизаппроксимациикинетикиэкситонной ФЛ в пределах экспериментальной погрешности для всехисследуемых нанокомпозитных систем постоянны и составляют 9 и 45 нс дляτ1 и τ2 соответственно, что значительно меньше величин, полученных дляколлоидных КТ CdSe – 15 и 85 нс.
Кроме того, было обнаружено, что приувеличении концентрации КТ с0.1 до 5% отношение интенсивностейбыстрой и медленной компонент кинетики I1/I2 уменьшается с 15 до 10. Этифакты подтверждают гипотезу о том, что внедрение КТ CdSe в структуружидкого кристалла приводит к появлению дополнительных дефектов, которыеукорачивают времени жизни ФЛ и дают вклад в дефектную полосу ФЛ.21Нарис.13.представленыспектрыФЛидифференциальногопропускания КТ CdSe в смектической жидко-кристаллической матрице.Фотолюминесцентные свойства данного образца подробно исследованы, ивыяснено, что необычная форма его спектра ФЛ связана с эффектомперепоглощениясветананокристаллами.Спектрдифференциальногопропускания был измерен при значении задержки зондирующего импульсаΔt=400 пс.
Максимум спектра ΔT(λ) достигается при λзонд = 565 нм. Надоотметить, что в отличие от коллоидных КТ CdErSe в случае нанокомпозитнойЖК структуры, длина волны света, соответствующая максимуму спектраΔT(λ) лежит не на коротковолновом, а на длинноволновом плече спектрапоглощения КТ. Наблюдаемая максимальная величина дифференциальногопропускания составляет 25% на временах порядка 400 пс при толщине пленки0.1 мм. Полученный результат можно обяснить влиянием эффекта Штарка вэлектрических полях заряженных центров в окружающей диэлектрическойматрице на экситонные состояния в квантовых точках. В результатенаблюдаетсярасщеплениеэкситонныхуровнейиусилениеэффектафотоиндуцированного просветления в нанокомпозитных структурах. Такжехотелось бы отметить, что параллельно с описанной выше наноструктуройвнедренные в другие типы1000КТ CdSe в смектике30t=400 psполимерных20пропускания5001000520560600640680Длина волны (нм)Рис.
13. Спектр ФЛ и дифференциальногопропускания КТ CdSe со средним размером 3.0-3.5нм в ЖК полимерной матрице типа смектик.22матриц,однако, резонансный рост() (%)Интенсивность ФЛ (отн. ед.)изучались также КТ CdSe,светанаблюдалсянаиболеетолькооднородномупорядоченномвивнаправлении зондированияобразце–смектическомнанокомпозите.ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ1. Установлено, что положение полосы экситонной фотолюминесценции вобласти 2.1-2.2 эВ коллоидных растворов квантовых точек CdSe сосредними размерами порядка 3 нм и тех же квантовых точек,иммобилизованных в диэлектрических матрицах, при изменении энергииквантоввозбуждающего света от2.4 до 2.6 эВ демонстрируетнизкоэнергетический сдвиг на 50 мэВ, а при дальнейшем увеличенииэнергии квантов возбуждающего света до 3.7 эВвысокоэнергетическийсдвигна50мэВ.наблюдаетсяПолученныйрезультатобъясняется проявлением эффекта поглощения фотолюминесценции вансамбле квантовых точек, имеющих распределение по размерам.2.
Обнаружено полное тушение экситонной полосы фотолюминесценции сэнергией фотонов 2.1-2.2 эВ и рост интенсивности полосы с энергиейфотонов 1.3-1.6 эВ в коллоидных квантовых точек Cd(Cu)Se, содержащих~ 1% меди. Установлено, что кинетика спада интенсивности полосыфотолюминесценциисэнергией1.3-1.6эВпослеимпульсногофотовозбуждения в квантовых точках Cd(Cu)Se проявляет растянутуюэкспоненциальную зависимость, что отличается от случая нелегированныхквантовых точек CdSe, кинетика спада фотолюминесценции которыхможет быть аппроксимирована суммой экспоненциальных зависимостей.Полученныерезультатыобъясняютсявкладомизлучательнойрекомбинации фотовозбужденных носителей заряда на уровнях дефектов,вызванных примесью меди, в квантовых точках Cd(Cu)Se.3.
Зарегистрирован низкоэнергетичный сдвиг на 100 мэВ экситонной полосыфотолюминесценции квантовых точек CdSe со средним размером 3-4 нмпосле их внедрения в жидкокристаллическую полимерную матрицусмектического типа с весовой концентрацией в диапазоне от 0.1 до 5%, в товремя как для квантовых точек в жидкокристаллической полимернойматрице холестерического типа наблюдается голубой сдвиг экситонной23полосы фотолюминесценции на 50 мэВ по сравнению с коллоиднымирастворамиквантовыхсмектическойточекматрицыCdSe.Полученныеобъясняетсярезультатыэффектамидляпоглощенияфотолюминесценции в ансамбле квантовых точек, а для холестерическойматрицы – проявлением эффекта фотонной запрещенной зоны.4. Для квантовых точек селенида кадмия, легированных эрбием, обнаруженорасщепление экситонной полосы фотолюминесценции в области 1.98-2.10эВ и появление полосы свечения в области 1.4-1.6 эВ, кинентика спадаинтенсивностикоторойэкспоненциальнойможетфункцией.бытьаппроксимированаПолученныерезультатырастянутойобъясняютсяштарковским расщеплением экситонных уровней в квантовых точках вэлектрических полях ионов эрбия, а также появлением новых уровнейдефектов в спектральной области 1.3-1.5 эВ.5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
