![]() |
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ЦЭМИ РАН |
||
Флуктуации интенсивности коллоидных полупроводниковых нанокристаллов CdSe на макроскопических временах (мерцание) интенсивно изучаются с момента первого их наблюдения их 1996 году группой исследователей под руководством профессора Люиса Брюса [1]. Было показано, что длительность светлых (ON) и темных (OFF) периодов мерцания одиночной квантовой точки может достигать сотен секунд. Это объясняет огромный интерес к исследованию мерцания. За 20 лет были опубликованы сотни статей, в том числе более десятка обзоров об этом явлении (см. например [2-8]), но его природа до сих пор остаётся загадкой для исследователей. К настоящему моменту предложено два базовых физических механизма мерцания. Исторически первым появился ионизационный механизм, предложенный Эфросом и Розеном [9]. Этот механизм связывает флуктуации интенсивности излучения с процессами ионизации и нейтрализации квантовой точки. В соответствии с ним нейтральная квантовая точка светит ярко (ON), если же она приобретает положительный или отрицательный заряд, интенсивность излучения возбуждённого состояния гасится безызлучательной релаксацией по Оже механизму. Альтернативный механизм был предложен в 2005 году Павлом Французовым и нобелевским лауреатом Рудольфом Маркусом [10]. Он объясняет флуктуации интенсивности излучения точки на больших масштабах времени изменением координат ядер атомов, её составляющих. Предполагается, что медленные изменения атомной структуры квантовой точки приводят к значительной перестройке уровней в запрещённой зоне, и, как следствие, к значительным флуктуациям скорости безызлучательной релаксации возбуждённого состояния. Чрезвычайно интересными с точки зрения выяснения механизма мерцания являются результаты экспериментов группы Дана Орона [11]. Эксперименты проводились на специальным образом синтезированной CdSe квантовой точке, вложенной в CdS наностержень. При этом на конце наностержня может быть выращен нанокристалл PbS, выполняющий роль искусственной дырочной ловушки. Эксперименты по спектроскопии одиночной точки без выращенной ловушки и точки с ловушкой показали существенное различие в поведении этих систем. В первом случае наблюдается мерцание со свойствами, характерными для излучения одиночных CdSe квантовых точек (мерцание I типа). Профиль интенсивности имеет два максимума, соответствующие светлым (ON) и темным (ОFF) периодам мерцания. В системе с искусственной ловушкой на профиле интенсивности появляется дополнительный «серый» (Gray) пик с интенсивностью около 20% от интенсивности ON, соответствующий излучению заряженной квантовой точки. Кроме того, в дополнение к мерцанию типа I, появляется дополнительное мерцания типа II, определяемое случайными переключениями между нейтральной и заряженной точкой. Очевидно, что мерцание типа II работает по ионизационному механизму, и этот механизм, следовательно, не может определять мерцание типа I. Задачей нашего исследования было получение точного количественного описания результатов группы Орона в рамках альтернативного механизма, но существующие модели мерцания на его основе [10,12] не позволяют это сделать. В процессе выполнения проекта была предложена оригинальная модель мерцания коллоидных полупроводниковых квантовых точек. Модель предполагает существование нескольких стохастических двухуровневых систем (СДС), случайным образом переключающихся между состояниями. Возможный механизм переключения состояний двухуровневой системы – перескоки соответствующего атома на поверхности квантовой точки между двумя квазистационарными позициями, индуцированные поглощением фотона. Эти переключения изменяют энергию реорганизации электрон-фононного взаимодействия ���� для процесса захвата дырки в поверхностную ловушку. Зависимость ���� от времени определяется следующим выражением: ����(����) =∑����_��������_����(����) + ����_0 где каждая переменная ��������(����) описывает поведение i-й СДС, случайным образом переключаясь между значениями 0 и 1, �������� – прирост энергии реорганизации при переключении i-й СДС, ����0 – энергия реорганизации, когда все СДС находятся в состоянии 0. Стохастические изменения энергии реорганизации порождают флуктуации скорости безызлучательной рекомбинации возбуждённой квантовой точки, что приводит к мерцанию интенсивности излучения. Предложенная модель позволяет дать точное количественное описание профилей и спектральных плотностей интенсивности излучения одиночных квантовых точек, как без искусственной ловушки, так и ловушкой. При наличии ловушки модель дополняется стохастическими переходами между заряженным и нейтральным состояниями точки. Модель точно передаёт профиль OFF пика (что было проблемой предыдущих моделей) и появление «серого» пика в профиле интенсивности при добавлении искусственной ловушки. Квантовая точка без ловушки демонстрирует обычную для мерцающих нанобъектов [13] степенную зависимость спектральной плотности интенсивности от частоты, тогда как спектр точки с искусственной ловушкой на больших частотах определяется кинетикой случайных переключений между нейтральным и заряженным состояниями. Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта №16-02-00713. Список литературы 1. M. Nirmal, B. O. Dabbousi, M. G. Bawendi, J. J. Macklin, J. K. Trautman, T. D. Harris and L. E. Brus, Nature 383. 1996. 802. 2. P. Frantsuzov, M. Kuno, B. Janko and R. A. Marcus, Nature Physics 4. 2008. 519. 3. F. D. Stefani, J. P. Hoogenboom and E. Barkai, Phys. Today 62. 2009. 34. 4. F. Cichos, C. von Borczyskowski and M. Orrit, Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 12. 2007. 272. 5. T. Krauss and J. J. Peterson, J. Phys. Chem. Lett. 1. 2010. 1377. 6. O. Schwartz and D. Oron, Isr. J. Chem. 52. 2012. 992. 7. E. A. Riley, C. M. Hess and P. J. Reid, Int. J. Mol. Sci. 13. 2012. 12487. 8. M. J. Fernee, P. Tamarat and B. Lounis, Chem. Soc. Rev. 43. 2014. 1311. 9. A. L. Efros and M. Rosen, Phys. Rev. Lett. 78. 1997. 1110. 10. P. A. Frantsuzov and R. A. Marcus, Phys. Rev. B 72. 2005. 155321. 11. R. Tenne, A. Teitelboim, P. Rukenstein, M. Dyshel, T. Mokari and D. Oron, ACS Nano 7. 2013. 5084. 12. P. A. Frantsuzov, S. Volkan-Kacso and B. Janko, Phys. Rev. Lett. 103. 2009. 207402. 13. P. A. Frantsuzov, S. Volkan-Kacso and B. Janko, Nano Lett. 13. 2013. 402.
№ | Имя | Описание | Имя файла | Размер | Добавлен |
---|---|---|---|---|---|
1. | Краткий текст | Tezisyi_Frantsuzov.pdf | 125,9 КБ | 15 января 2018 [pavel.frantsuzov] |