Диссертация (1104729), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Экспериментальная установка для измерения спектровфотолюминесценции и спектров возбуждения фотолюминесценции. б.Устройство световода.1. Источник широкополосного света.2, 3, 8, 10. Собирающие линзы.4. Монохроматор с шаговым двигателем.5. Цилиндрическая собирающая линза.6.
Призма Глана (поляризатор).7. Плоскопараллельная стеклянная пластинка.9. Коллоидный раствор КТ CdSe/ZnS в кювете.11. Плоский поляризатор.12. Световод.13. CCD камера PIXIS256.14. Полихроматор (спектрометр SpectraPro®2300i).15. Контроллер шагового двигателя.16. Компьютер.17, 18. Блоки питания.51Полихроматор раскладывает входящий свет на спектральные компоненты, ачувствительная CCD-камера измеряет спектр фотолюминесценции элементаминижней половины матрицы и спектр возбуждения – элементами верхнейполовины матрицы.За короткий промежуток времени можно получить большое количествоспектровфотолюминесценции,соответствующихразнымдлинамволнвозбуждения.
Для этого была налажена автоматизированная работа даннойэкспериментальной установки. Длина волны накачки менялась с заданнымшагом с помощью шагового двигателя (ШД), вращающего дифракционнуюрешётку монохроматора. Для управления шаговым двигателем была написанаспециальная компьютерная программа [130]. С помощью данной программычерез контроллер шагового двигателя (15) производилось управление выходнойдлиной волны монохроматора, а также синхронизировалась работа CCDкамеры. CCD камера управлялась с помощью компьютера и сохраняла нажёсткий диск результат – спектры фотолюминесценции и соответствующие имузкие спектры накачки (для точного установления длины волны возбуждения).Длина волны возбуждения изменялась в диапазоне от 340 нм до 600 нм сшагом 2 нм, причем время изменения длины волны за один шаг составляло неболее 8 секунд, а время накопления спектра на CCD камере – 1 с.
Такимобразом, в течение 20 минут измерялось 130 спектров ФЛ для каждого изобразцов коллоидных КТ (Рис.2.5). Для того чтобы получить из набораспектров фотолюминесценциинужнопостроитьзависимостьспектр возбуждения фотолюминесценции,интенсивностифотолюминесценциинаопределенной длине волны (зафиксированной длине волны регистрации) отдлины волны возбуждения. Для этого была написана компьютерная программаобработки результатов. В программе было необходимо учесть влияниенеоднородностиспектраисточникасветанаспектрвозбужденияфотолюминесценции.
Для этой цели все спектры фотолюминесценциинормировались на максимум интенсивности спектра накачки.52Главное преимущество используемого метода измерения спектроввозбуждения фотолюминесценции заключается в том, что за один цикл работыизмеряются спектры возбуждения фотолюминесценции для всех значенийдлин волн регистрации (т.е. для всех подансамблей КТ CdSe/ZnS).
Другоедостоинство метода состоит в том, что используя чувствительную CCD-камерувозможно снимать спектры с высоким разрешением даже при невысокихинтенсивностях фотовозбуждения.§§ 2.1.3. Спектры возбуждения фотолюминесценции исследуемыхобразцов КТ CdSe/ZnSРезультаты измерений спектров возбуждения фотолюминесценции трехобразцов КТ, отличающихся размерами представлены на Рис.2.5 (а – КТ1, б –КТ2, в – КТ3), для набора длин волн регистрации от 520 до 630.
Основнойоптический переход всех образцов ярко выражен, в то время как более высокиепереходы не разрешены. Это связано с уширением и расщеплениемсоответствующих уровней. Тонкое расщепление дырочных уровней в КТприводит к образованию квази-непрерывного энергетического спектра [33].Еще одна особенность изучаемых КТ ярко выражена на Рис.2.5б. Привозбуждении образцов коллоидных КТ фотонами, энергия которых намногобольше энергии основного экситонного перехода (возбуждение высокихэнергетических переходов в КТ), значения длин волн, соответствующихмаксимумам спектров фотолюминесценции, приблизительно равны. Картинаизменяется при возбуждении коллоидного раствора КТ фотонами, энергиякоторых сравнима или меньше энергии максимума спектра поглощения,соответствующего основному экситонному переходу для данного образца:максимумы спектров фотолюминесценции смещаются в длинноволновуюобласть, что свидетельствует о том, что в процессе поглощения ифотолюминесценцииосновнуюрольначинаетигратьограниченныйподансамбль КТ наибольшего радиуса из данного образца коллоидных КТ.53Интенсивность, отн.ед.(а) КТ1Длина волнынакачки, нмИнтенсивность, отн.ед.Длина волны накачки, нм(б) КТ2Длина волнырегистрации, нмДлина волны регистрации, нмИнтенсивность, отн.ед.(в) КТ3Длина волнырегистрации, нмДлина волнынакачки, нмРис.2.5.
Спектры возбуждения фотолюминесценции коллоидных КТ CdSe/ZnS(а-КТ1, б-КТ2, в-КТ3) для длин волн регистрации от 520нм до 630нм.54Преимуществом спектра возбуждения фотолюминесценции над спектромпоглощения является то, что спектр поглощения измеряется для всех КТ вобразце, а спектр возбуждения фотолюминесценции для интересующегоподансамбля КТ (Рис.2.6а), – полуширина основного пика в спектрепоглощениябольше,чемполуширинавспектревозбужденияфотолюминесценции. Однако, в силу большого однородного уширения(измерения проводились при комнатной температуре) их значения заключаютсяв пределах одного порядка. На Рис.2.6б для одного из спектров возбужденияфотолюминесценции КТ2 обозначены длины волн, соответствующие энергиямоптическихпереходов.разрешеннымивПереходы1Sh3/2→1Seдиполь-дипольномиприближении1Ph3/2→1Peприявляютсяоднофотонном0,50,40,40,30,30,20,126нм12нм0,20,10,00,0460 480 500 520 540 560 580Интенсивность ФЛ, отн.ед.0,5Интенсивность ФЛ, отн.ед.Пропусканиевозбуждении, переходы 2Sh3/2→1Se и 1Sh1/2→1Se - запрещены.1Ph3/2-1Pe440Длина волны, нм1Sh3/2-1Se2Sh3/2-1Se1Sh1/2-1Se480520560600Длина волны накачки, нмРис.2.6.
а. Сравнение полуширины пика, соответствующего основномуэкситонному переходу в спектре возбуждения фотолюминесценции (ФЛ)(длина волны регистрации 540 нм) и спектре поглощения (КТ2). б. Спектрвозбуждения фотолюминесценции КТ2суказанием значений длин волн,соответствующих энергиям оптических переходов для данного подансамбляКТ.55Интенсивность ФЛ, отн.ед.КТ1509524496Длина волнырегистрации, нм505520535550538Интенсивность ФЛ, отн.ед.450500550600Длина волны накачки, нмДлина волныКТ2регистрации, нм516525535510545533Интенсивность ФЛ, отн.ед.450500550600Длина волны накачки, нмДлина волныКТ3регистрации, нм540550538560530550450500550Длина волны накачки, нм600Рис.2.7.
Спектры возбуждения фотолюминесценции (ФЛ) КТ CdSe/ZnS (аКТ1, б-КТ2, в-КТ3), на которых обозначены длины волн максимумов спектроввозбуждения фотолюминесценции для данных длин волн регистрации.56На Рис.2.7 представлены спектры возбуждения фотолюминесценциитрех образцов (а – КТ1, б – КТ2, в – КТ3) для различных длин волнрегистрации. Спектры возбуждения фотолюминесценции для различных длинволн регистрации соответствуют определенным подансамблям по размерамколлоидных КТ. Чем выше интенсивность пика в спектре возбужденияфотолюминесценции, соответствующего основному экситонному переходу1Sh3/2→1Se, данного образца КТ, тем выше концентрация КТ данногоподансамбля.§§ 2.1.4.
Распределение исследуемых образцов КТ CdSe/ZnS поразмерамИзмеренныеспектрывозбужденияфотолюминесценциипозволилиоценить радиус и дисперсию размеров исследуемых коллоидных КТ. Для этогосравнивались данные измеренных спектров с теоретическими расчетамиработы [19]. Для каждого из образцов КТ выбиралось по 13-16 спектроввозбуждения фотолюминесценции, соответствующих разным длинам волнрегистрации(синтервалом5нм).Длякаждогоспектравозбужденияфотолюминесценции измерялась интенсивность основного максимума исоответствующая ему длина волны. Было рассчитано распределение частиц поразмерам (Рис.2.8) при учете того, что основной вклад в интенсивностьмаксимума в спектре возбуждения фотолюминесценции вносят КТ равногоразмера, и сечение поглощения света КТ разных размеров данного образцаодинаковое.
Ошибка при определении радиуса КТ составляет ≈ 0,5 Å, иучитывает в себе спектральную ширину света накачки и ошибку приопределении положения основного перехода. Как видно из Рис.2.8, наиболеевероятный ансамбль КТ в образцах КТ1, КТ2, КТ3 имеет радиус ≈ 23, 24, 26 Å,соответственно. Распределение не симметрично, число КТ меньшего размерабольше числа КТ большого размера, что может быть связано со спецификойметало-органического коллоидного синтеза КТ [10]. Стоит отметить, что при57возбужденииКТфотонами,энергиякоторыхбольшеэнергии,соответствующей основному максимуму в спектре поглощения, возможнопоглощение КТ подансамбля большего размера, соответствующее поглощениюна неосновном экситоном переходе.КТ11n, отн.ед.0,80,60,40,201920212223 24 25Радиус, А2627282223 24 25Радиус, А262728262728КТ21n, отн.ед.0,80,60,40,201920КТ31n, отн. ед.210,80,60,40,201920212223 24Радиус , А25Рис.2.8.
Распределение КТ CdSe/ZnS по размерам в образцах КТ1, КТ2 иКТ3.58Таким образом, из данных распределений по размерам можно установитьследующее. При однофотонном возбуждении излучением второй гармоникиNd+3:YAG лазера (λ=532 нм) в образцах коллоидных КТ CdSe/ZnS (КТ1, КТ2,КТ3) преимущественно задействованы в процессе поглощения КТ с радиусом,примерно равным 2,45 нм (переход 1Sh3/2→1Se).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
