Диссертация (1104729), страница 8
Текст из файла (страница 8)
В связи стем, что многие из этих приложений требуют источников света, работающих взеленой области спектра, разрабатываются высокоэффективные зеленыелазерные диоды [117,118], а используя различные типы коллоидных квантовыхточек (CdSe/CdS/ZnS, CdSe/ZnS и Cd1xZnxS/ZnS), предпринимаются попыткисоздания высокоэффективных широкополосных светодиодов [119]. Так же,полупроводниковые коллоидные КТ являются объектом активной научноисследовательской деятельности, ориентированной на широкий спектр другихвозможных применений: создание солнечных элементов [120-123], оптическихограничителей[124,125],оптическихпереключателей[126],элементовспинтроники [127-129].Несмотря на достигнутый значительный прогресс в контролируемомколлоидном синтезе полупроводниковых КТ и на определенные успехи вовнедренияКТвтехнику,многиеизнелинейно-оптическихэлектрооптических свойств КТ, остаются не до концатщательноевыявлениенесомненно,будетоптическихособенностейспособствоватьвышеперечисленных областей науки и техники.иизученными.
БолеевколлоидныхдальнейшемуКТ,развитию44Глава 2. Особенности самодифракции при резонансном однофотонномвозбужденииэкситоноввквантовыхточкахCdSe/ZnSдвумяпересекающимися ультракороткими лазерными лучамиДаннаяглавапосвященаизучениюособенностейэлектрооптическихпроцессов,возникающихвслучаенелинейныхиоднофотонногорезонансного возбуждения основного разрешенного экситонного перехода вколлоидных КТ CdSe/ZnS и приводящих к эффектам самодифракции.Самодифракцияявляетсяэффектомсамовоздействиясветовыхволн,распространяющихся в нелинейной среде, свойства которой зависят отинтенсивности света. Можно выделить два типа самодифракции в резонанснопоглощающих коллоидных КТ. При взаимодействии двух мощных лазерныхлучей,пересекающихсявпоглощающейнелинейнойсреде,засчетпериодического пространственного изменения поглощения и/или преломленияв поле наведенной стоячей волны может образоваться динамическаядифракционная решетка, на которой становиться возможным самодифракциялучей создавших ее.
Второй тип самодифракции возможен при резкомуменьшениипоглощенияначастотеосновногоэлектронно-дырочногоперехода, процесс, при котором мощный лазерный импульс создает каналпрозрачности, вследствие чего он самодифрагирует на наведенной диафрагме.§2.1.Спектрыпропусканияиспектрывозбужденияфотолюминесценции исследуемых образцов коллоидных квантовых точекCdSe/ZnSОбъектом исследования являются КТ CdSe/ZnS (коллоидный раствор вгексане). Образцы КТ выращены методом металлоорганического синтезаNanoFluorescentMaterialsLTD,РеспубликаБеларусь.Исследуемыенанокристаллы (Рис.
2.1) состоят из ядер CdSe, которые покрыты оболочкой изболее широкозонного полупроводника ZnS (несколько монослоев) дляпассивации оборванных связей. Для предотвращения слипания КТ и45неконтролируемого роста КТ в кластеры, образцы покрыты органическимимолекулами три-октилфосфин оксидом (TOPO - trioctylphosphine oxide).Исследуемые образцы являются КТ первого типа локализации. Режим первоготипа соответствует ситуации, когда оба носителя (и электрон, и дырка)преимущественно локализованы в одной и той же части гетероструктуры (ядреили оболочке) [102].
Концентрация КТ в растворе варьировалась в диапазоне10171018 см-3. Все измерения проводились при комнатной температуре.Органические молекулыРис. 2.1. Схематическое изображение структуры КТ CdSe/ZnS.Для осуществления резонансного однофотонного возбуждения основногоэкситонного перехода коллоидных КТ CdSe/ZnS излучением второй гармоникипикосекундного Nd+3:YAG лазера (длина волны излучения λ=1064 нм) былиизмерены спектры линейного пропускания, фотолюминесценции и спектрывозбуждения фотолюминесценции КТ разного размера. Было показано, чтоможно осуществить резонансное возбуждение исследуемых КТ.46§§ 2.1.1 Спектры пропускания коллоидных КТ CdSe/ZnSДля измерения спектров пропускания использовалась экспериментальнаяустановка, схема которой представлена на Рис.2.2.
Широкополосный источниксвета (1) с помощью телескопической системы, состоящей из двух объективов(2) фокусировался на кювете с коллоидным раствором КТ (3). Прошедшийчерез телескопическую систему, свет попадал на рассеивающую пластинку (4),а затем через световод (5) на спектрограф (SpectraPro-300i). Интенсивностьразложенного по спектру излучения измерялось с помощью сопряженной соспектрометромРассеивающаясверхчувствительнойпластинка(4)былаCCD-камеройнеобходимаPIXIS256для(CCD).предотвращенияпревышения допустимого входного на CCD матрицу значения интенсивностисвета.CCD-камераосуществляетсясиспектрометрпомощьюсинхронизованы,специальнойихуправлениекомпьютернойпрограммы,результаты измерений поступали и обрабатывались на компьютере (PC).Рис.2.2. Схема экспериментальной установки для измерения спектровпропускания коллоидных квантовых точек.1.
Широкополосный источник света.2. Телескопическая система, состоящая из двух объективов.3. Кювета с коллоидным раствором КТ CdSe/ZnS.4. Рассеивающую пластинку.5. Световод, соединенный со спектрографом (SpectraPro®2300i,объединенс CCD-камерой PIXIS256).47На Рис.2.3 представлены измеренные спектры поглощения коллоидных КТCdSe/ZnS трех образцов (КТ1, КТ2 и КТ3). Зеленой стрелкой указана длинаволны излучения Nd3+:YAG-лазера на удвоенной частоте. Спектры поглощенияне представляют собой набор дискретных линий. Это связано со значительнымоднородным и неоднородным уширением линий поглощения исследуемыхобразцов.Причинойоднородногоуширенияпомимопринципанеопределенности Гейзенберга может служить и взаимодействие экситонов сфононами, размывающее спектр поглощения.
Неоднородное уширение связанос дисперсией размеров КТ в образце. Причем величины однородного инеоднородного уширения для КТ данных размеров при комнатной температуресопоставимы.Поглощение0,40,3539КТ1КТ2КТ35155090,20,15320,0440 460 480 500 520 540 560 580 600 620Длина волны, нмРис. 2.3. Спектры поглощения коллоидных КТ CdSe/ZnS трех образцов.Для каждого из образцов указана длина волны, соответствующая максимумупоглощения основного экситонного перехода (КТ1 – 509 нм, КТ2 – 515 нм и КТ3– 539 нм). Зеленой стрелкой указана длина волны излучения Nd3+:YAG - лазерана удвоенной частоте.48§§ 2.1.2 Установка для измерения спектров фотолюминесценции испектров возбуждения фотолюминесценцииСпектр поглощения света позволяет получить однозначные сведения оположении энергетических уровней в КТ. Однако, в силу дисперсии размеровКТ в образце спектры поглощения сильно уширены и несут обобщеннуюспектральнуюинформацию.фотолюминесценциипозволяетИзмерениеопределитьспектровспектрвозбужденияпропусканияузкогоподансамбля КТ из образца с большой дисперсией по размерам, что позволяетнаиболееточноопределитьивыбратьобразцыколлоидныхКТсоответствующих условию резонансного возбуждения на длине волныизлучения имеющегося лазера (или его гармоник).
Данный метод используетсядля образцов с высоким квантовым выходом фотолюминесценции.Различаютдваразныхметодаизмеренияспектроввозбужденияфотолюминесценции.Первыйметодпозволяетизмерятьзависимостьинтенсивности фотолюминесценции на одной зафиксированной длине волнырегистрации от длины волны возбуждающего излучения. Обычно дляисключения участия высоких электронно-дырочных переходов от подансамбляКТ большего размера длина волны регистрации выбирается на низкочастотномспаде спектра фотолюминесценции.Благодаря возможностям современной CCD камеры PIXIS 256 сталовозможным измерять большой набор спектров фотолюминесценции приизменении длины волны возбуждении. В связи с этим в данной работе былиспользованметод,позволяющийизмерятьодновременноспектрывозбуждения фотолюминесценции для разных длин волн регистрации, темсамым определять спектры пропускания для всех подансамблей КТ из образца.Суть данного метода отображена в описании экспериментальной установки.Схема экспериментальной установки представлена на Рис.2.4.
Излучениесвета лампы OSRAM XBOR180W/45 (широкополосный источник света) (1),источник питания (18) которой стабилизирован, фокусируется на входную49щель монохроматора (4, МДР 76), выделяющего узкую спектральную полосуизлучения (≈ 2 нм). Полученное излучение, предварительно сфокусированное,используется для возбуждения коллоидного раствора КТ CdSe/ZnS (9).
Кюветас коллоидными КТ ставилась под углом, так чтобы отражённое от кюветывозбуждающееизлучениенепопадалонасистемурегистрациифотолюминесценции. Несмотря на такую организацию, часть рассеянногоизлучениявозбужденияпопадалонасистемурегистрациифотолюминесценции. Для подавления влияния возбуждающего излучения наспектр фотолюминесценции в схеме эксперимента дополнительно былприменен метод скрещенных поляризаторов.
Излучение возбуждения проходитчерез два скрещенных поляризатора (6, 11), на пути к световоду (12 – СВ2),собирающего излучение фотолюминесценции КТ. Для исключения влиянияпроцессаперепоглощениявКТфотолюминесценцияисследуется«наотражение» - на световод собирается излучение фотолюминесценции от слояколлоидных КТ, прилежащего к передней грани кюветы.Спомощьюмногожильногосветовода(диаметржил0,1мм)сфокусированное излучение фотолюминесценции поступает на входную щельспектрометра (полихроматора) SpectraPro®2300i (14).
Спектрометр совмещен счувствительной CCD-камерой (13). Световод разделен на две части (Рис.2.4б),на первый вход (СВ1) попадает излучение возбуждения, на второй (СВ2)–излучениефотолюминесценции.Навыходесветоводавсеегожилырасположены в одну линию, верхняя половина которой состоит из жил первоговхода, нижняя половина – из жил второго входа, что позволяет регистрироватьодновременно длину волны возбуждения и спектр фотолюминесценции,соответствующий данной длине волны возбуждения.
Матрица CCD-камеры(регистрирующий элемент камеры), состоящая из 256 строк и 1024 столбцов, спомощьюспециальнойкомпьютернойпрограммыуправленияусловноразделена по строкам на две части, таким образом, одновременно измеряетсядва отдельных спектра излучения, поступающего от двух каналов световода.50аСветоводбРис.2.4. а.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
