Сайт переехал physreal.com
|
 |
|
| Контакты | Главная | Стартовая | Избранное | Поиск |
2012-05-23 23:40:53, обсуждение: 0
Люминесценция, или свечение вещества после поглощения им энергии возбуждения, была главным направлением деятельности основателя ФИАН С.И. Вавилова. В носящем его имя отделе института дело Вавилова активно продолжается и развивается. Так, сотрудники отдела люминесценции им. С.И. Вавилова ФИАН и факультета наук о материалах МГУ им. М.В. Ломоносова исследуют свойства квантовых точек (в частности, CdS) с целью использования их в составе разного рода излучателей. В череде этих свойств природа поверхностной люминесценции стояла на одном из первых мест. Механизм люминесценции в твердом теле различается в зависимости от того, происходит она с участием электронной подсистемы всего кристалла или же внутри примесного центра. Что касается первого типа, межзонной люминесценции, обусловленной электронными переходами между валентной зоной и зоной проводимости, то она уже хорошо и подробно изучена. Однако с уменьшением размеров светоизлучающих нанокристаллов роль межзонной люминесценции заметно снижается – часто начинает доминировать примесная люминесценция, обусловленная электронными переходами между зонами и донорно-акцепторными уровнями примесных и поверхностных атомов. Цельного представления о природе этого явления пока не существует. Между тем, исследования примесной люминесценции и выявление возможностей управления ее характеристиками способны помочь в создании новых органических светоизлучающих диодов и элементов квантовой электроники. Так, оптики давно мечтают о создании источника белого света, идентичного естественному. Сейчас он получается лишь при комбинации излучателей красных, зеленых и синих цветов, а с грамотным использованием широкого спектра поверхностной люминесценции источники белого света можно будет получать на основе одного вещества. Один из авторов исследовательской работы, которая планируется к выходу на страницах журнала Journal of Chemical Physics – Алексей Кацаба, студент 5 курса МФТИ, работающий в отделе Люминесценции ФИАН под руководством доктора физ.-мат. наук Алексея Витухновского, руководителя отдела люминесценции им. С.И. Вавилова. Он рассказывает: «Люминесценцию кристаллов CdS изучают уже давно, еще с середины прошлого века. Конечно, все это время исследовались в основном не квантовые точки, а обычные монокристаллы, но в них тоже наблюдалась достаточно интенсивная примесная люминесценция. Правда, что с ней дальше делать оставалось непонятным. Мы же предлагаем некоторое развитие темы. Наши образцы выращены методом коллоидной химии, у них большая примесная люминесценция, которая имеет сложную структуру и температурные зависимости, которые мы связываем с передачей энергии между уровнями, отвечающими за свечение поверхностных состояний. Таких результатов с четкой структурой примесной люминесценции до нас еще не наблюдалось». Оптические свойства полупроводниковых нанокристаллов сейчас исследуются практически повсеместно и находят своё применение в разнообразных органических светодиодах, биологических маркерах, лазерах или элементах квантовой электроники. В большинстве случаев люминесценция полупроводников определяется межзонными переходами и поэтому ее цвет можно контролировать, изменяя размеры нанокристаллов. Однако с их уменьшением на поверхность все больше выходят различные дефекты и примеси образцов, также увеличивается доля поверхностных атомов. Все это приводит к проявлению примесной люминесценции, свойства которой остаются неизученными. В своей работе исследователи изучали наночастицы CdS характерных размеров в 4–5 нм. Они были получены из пересыщенного раствора высококипящего неполярного растворителя и дополнительно стабилизированы олеиновой кислотой. Такая обработка должна была связать поверхностные состояния и погасить примесную люминесценцию, но анализ образцов показал, что на поверхности наночастиц в изобилии остались непрореагировавшие участки. Поэтому полученная взвесь нанокристаллов в растворе излучала желтый свет, что по спектрам соответствовало примесной люминесценции. При этом на спектрах также присутствует и основной, малый по интенсивности, межзонный пик люминесценции на длинах волн синего цвета. Широкая же примесная область является суперпозицией трех отдельных пиков, поведение которых с изменением температуры различается. Алексей Кацаба: «Мы показываем в нашей работе, что есть пик, который связан с зоной внутри квантовой точки. Он смещается с таким же характером, как межзонный экситонный переход. Получается, что некоторые переходы и линии в примесном спектре тоже зависят от размера квантовой точки. Будем менять размер – и полоса будет сдвигаться. Об этом говорят и температурные зависимости». На основе этих термических зависимостей спектров и кинетических кривых фотолюминесценции авторам статьи удалось построить модель энергетических уровней и переходов, отвечающих за оптические свойства образцов. Таким образом, ученые впервые описали природу примесной люминесценции и наметили возможности для управления ее характеристиками.
Дегтярчук С.В.
• БАК остро нуждается в детекторах для фиксирования элементарных частиц
|
Рис. 1. Полученные в работе спектры фотолюминесценции полупроводниковых нанокристаллов CdS с шагом по температуре около 30К.