Влияние электрического поля на рекомбинационную люминесценцию коллоидных квантовых точек сульфида серебра

Аннотация

Исследовано влияние внешнего электрического поля на оптические свойства сферических квантовых точек Ag₂S. Коллоидные наночастицы Ag₂S, пассивированные 2-меркаптопропионовой кислотой, получены методом фотоиндуцированного синтеза в этиленгликоле. Форма и характерный размер наночастиц определены с помощью электронной просвечивающей микроскопии. Для исследования влияния внешнего электрического поля изготовлена серия образцов на основе оптически пассивной полимерной пленки, в объем которой внедрены наночастицы. Пленки помещали между двумя стеклами с нанесенными прозрачными электродами на основе оксида индия-олова (ITO). Значение напряженности внешнего электрического поля, создаваемого в таких структурах, достигало 500 кВ/см. Регистрацию сигнала фотолюминесценции проводили с использованием волоконного ПЗС-спектрометра со спектральным разрешением 1,16 нм. Спектрально разрешенную кинетику фотолюминесценции наночастиц измеряли методом время-коррелированного счета одиночных фотонов. Обнаружено, что наличие поля приводит к увеличению интенсивности и скорости релаксации фотолюминесценции, обусловленной поверхностными состояниями. Этот факт связан с ускорением транспорта свободных дырок к центрам рекомбинации во внешнем электрическом поле. Показано, что при длительном воздействии лазерного излучения длиной волны 405 нм и средней мощностью 5 мВт может происходить деградация фотолюминесцентных свойств нанокристалла, которая возникает вследствие образования новых центров безызлучательной рекомбинации и фотоионизации квантовых точек

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Дайбаге Д.С., Амброзевич С.А., Перепелица А.С. и др. Влияние электрического поля на рекомбинационную люминесценцию коллоидных квантовых точек сульфида серебра. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2023, № 3 (108), с. 100--117. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2023-3-100-117

Литература

[1] Yashin M.M., Yurasov A.N., Ganshina E.A., et al. Simulation of the spectra of the transverse Kerr effect of magnetic nanocomposites CoFeZr--Al₂O₃. Herald of the Bauman Moscow State Technical University, Series Natural Sciences, 2019, no. 5 (86), pp. 63--72. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2019-5-63-72

[2] Ilyasov V.V., Ershov I.V., Holodova O.M., et al. Electronic structure and itinerant magnetism of hydrogenated graphene nanofilms. Herald of the Bauman Moscow State Technical University, Series Natural Sciences, 2019, no. 3 (84), pp. 60--69. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2019-3-60-69

[3] Vitukhnovsky A.G., Chubich D.A., Eliseev S.P., et al. Advantages of STED-inspired 3D direct laser writing for fabrication of hybrid nanostructures. J. Russ. Laser. Res., 2017, vol. 38, no. 4, pp. 375--382. DOI: https://doi.org/10.1007/s10946-017-9656-2

[4] Swami O.P., Kumar V., Suthar B., et al. A theoretical study of light soliton produced by semiconductor quantum dot waveguides and propagation in optical fibers. Herald of the Bauman Moscow State Technical University, Series Natural Sciences, 2019, no. 4 (85), pp. 89--102. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2019-4-89-102

[5] Олейников В.А., Суханова А.В., Набиев И.Р. Флуресцентные полупроводниковые нанокристаллы в биологии и медицине. Российские нанотехнологии, 2007, т. 2, № 1-2, с. 160--173.

[6] Ващенко А.А., Осадченко А.В., Селюков А.С. и др. Электролюминесценция кумариновых красителей. Краткие сообщения по физике ФИАН, 2022, т. 49, № 3, с. 13--18.

[7] Correa Santos D., Vieira Marques M.F. Blue light polymeric emitters for the development of OLED devices. J. Mater. Sci.: Mater. Electron., 2022, vol. 33, no. 16, pp. 12529--12565. DOI: https://doi.org/10.1007/s10854-022-08333-3

[8] Correa Santos D., Vieira Marques M.F. Blue light polymeric emitters for the development of OLED devices. J. Mater. Sci.: Mater. Electron., 2022, vol. 33, no. 16, pp. 12529--12565. DOI: https://doi.org/10.1007/s10854-022-08333-3

[9] Bozyigit D., Yarema O., Wood V. Origins of low quantum efficiencies in quantum dot LEDs. Adv. Funct. Mater., 2013, vol. 23, iss. 24, pp. 3024--3029. DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.201203191

[10] Selyukov A.S., Vitukhnovskii A.G., Lebedev V.S., et al. Electroluminescence of colloidal quasi-two-dimensional semiconducting CdSe nanostructures in a hybrid light-emitting diode. J. Exp. Theor. Phys., 2015, vol. 120, no. 4, pp. 595--606. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063776115040238

[11] Vashchenko A.A., Vitukhnovskii A.G., Lebedev V.S., et al. Organic light-emitting diode with an emitter based on a planar layer of CdSe semiconductor nanoplatelets. JETP Lett., 2014, vol. 100, no. 2, pp. 86--90. DOI: https://doi.org/10.1134/S0021364014140124

[12] Skurlov I.D., Ponomareva E.A., Ismagilov A.O., et al. Size dependence of the resonant third-order nonlinear refraction of colloidal PbS quantum dots. Photonics, 2020, vol. 7, iss. 2, art. 39. DOI: https://doi.org/10.3390/photonics7020039

[13] Селюков А.С., Исаев А.А., Витухновский А.Г. и др. Нелинейно-оптический отклик нанокристаллов CdSe планарной и сферической геометрии. Физика и техника полупроводников, 2016, т. 50, № 7, с. 963--966.

[14] Звягин А.И., Смирнов М.С., Овчинников О.В. и др. Нелинейно-оптические свойства гибридных ассоциатов молекул Azure A и коллоидных квантовых точек ZN_0.5Cd_0.5S. Краткие сообщения по физике Физического института им. П.Н. Лебедева Российской Академии Наук, 2019, т. 46, № 3, с. 23--29.

[15] Zvyagin A.I., Chevychelova T.A., Grevtseva I.G., et al. Nonlinear refraction in colloidal silver sulfide quantum dots. J. Russ. Laser. Res., 2020, vol. 41, no. 6, pp. 670--680. DOI: https://doi.org/10.1007/s10946-020-09923-4

[16] Кондратенко Т.С., Гревцева И.Г., Звягин А.И. и др. Люминесцентные и нелинейно-оптические свойства гибридных ассоциатов квантовых точек Ag₂S с молекулами тиазиновых красителей. Оптика и спектроскопия, 2018, т. 124, вып. 5, с. 640--647. DOI: https://doi.org/10.21883/OS.2018.05.45945.310-17

[17] Ganeev R.A., Ryasnyansky A.I., Tugushev R.I., et al. Investigation of nonlinear refraction and nonlinear absorption of semiconductor nanoparticle solutions prepared by laser ablation. J. Opt. A: Pure Appl. Opt., 2003, vol. 5, no. 4, art. 409. DOI: https://doi.org/10.1088/1464-4258/5/4/317

[18] Vitukhnovsky A.G., Selyukov A.S., Solovey V.R., et al. Photoluminescence of CdTe colloidal quantum wells in external electric field. J. Lumin., 2017, vol. 186, pp. 194--198. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2017.02.041

[19] Bozyigit D., Yarema O., Wood V. Origins of low quantum efficiencies in quantum dot LEDs. Adv. Funct. Mater., 2013, vol. 23, iss. 24, pp. 3024--3029. DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.201203191

[20] Гуринович Л.И., Лютич А.А., Ступак А.П. и др. Люминесценция квантоворазмерных нанокристаллов и наностержней селенида кадмия во внешнем электрическом поле. Физика и техника полупроводников, 2009, т. 43, № 8, с. 1045--1053.

[21] Ohshima R., Nakabayashi T., Kobayashi Y., et al. External electric field effects on state energy and photoexcitation dynamics of water-soluble CdTe nanoparticles. J. Phys. Chem. C, 2011, vol. 115, iss. 31, pp. 15274--15281. DOI: https://doi.org/10.1021/jp204660m

[22] Муравицкая А.О., Гуринович Л.И., Прудников А.В. и др. Влияние внешнего электрического поля на фотолюминесценцию коллоидных наночастиц CdSe различной топологии. Оптика и спектроскопия, 2017, т. 122, вып. 1, с. 91--95. DOI: https://doi.org/10.7868/S0030403417010214

[23] Jin C.Y., Kojima O., Kita T., et al. Vertical-geometry all-optical switches based on InAs/GaAs quantum dots in a cavity. Appl. Phys. Lett., 2009, vol. 95, iss. 2, art. 021109. DOI: https://doi.org/10.1063/1.3180704

[24] Ovchinnikov O.V., Aslanov S.V., Smirnov M.S., et al. Photostimulated control of luminescence quantum yield for colloidal Ag₂S/2-MPA quantum dots. RSC Adv., 2019, vol. 9, iss. 64, pp. 37312--37320. DOI: https://doi.org/10.1039/C9RA07047H

[25] Smirnov M.S., Ovchinnikov O.V. IR luminescence mechanism in colloidal Ag₂S quantum dots. J. Lumin., 2020, vol. 227, art. 117526. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2020.117526

[26] Овчинников О.В., Смирнов М.С., Латышев А.Н. и др. Фотостимулированное формирование центров сенсибилизированной антистоксовой люминесценции в микрокристаллах AgСl(i). Оптика и спектроскопия, 2007, т. 103, вып. 3, с. 497--504.

[27] Иевлев В.М., Латышев А.Н., Овчинников О.В. и др. Фотостимулированное формирование центров антистоксовой, люминесценции в ионно-ковалентных кристаллах. ДАН, 2006, т. 409, № 6, с. 756--758.

[28] Латышев А.Н., Овчинников О.В., Смирнов М.С. и др. Спектрально-контролируемая поатомная фотосборка кластеров серебра на поверхности ионно-ковалентных кристаллов. Оптика и спектроскопия, 2010, т. 109, вып. 5, с. 779--789.

[29] Ovchinnikov O.V., Grevtseva I.G., Smirnov M.S., et al. Reverse photodegradation of infrared luminescence of colloidal Ag₂S quantum dots. J. Lumin., 2019, vol. 207, pp. 626--632. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2018.12.019

[30] Ремпель С.В., Кузнецова Ю.В., Герасимов Е.Ю. и др. Влияние облучения на свойства коллоидных наночастиц сульфида серебра (Ag₂S). Физика твердого тела, 2017, т. 59, вып. 8, с. 1604--1611. DOI: https://doi.org/10.21883/FTT.2017.08.44765.452

[31] Kondratenko T., Ovchinnikov O., Grevtseva I., et al. Thioglycolic acid FTIR spectra on Ag₂S quantum dots interfaces. Materials, 2020, vol. 13, iss. 4, art. 909. DOI: https://doi.org/10.3390/ma13040909

[32] Ovchinnikov O.V., Grevtseva I.G., Smirnov M.S., et al. Effect of thioglycolic acid molecules on luminescence properties of Ag₂S quantum dots. Opt. Quant. Electron., 2020, vol. 52, p. 198. DOI: https://doi.org/10.1007/s11082-020-02314-8

[33] Ovchinnikov O.V., Perepelitsa A.S., Smirnov M.S., et al. Control the shallow trap states concentration during the formation of luminescent Ag₂S and Ag₂S/SiO₂ core/shell quantum dots. J. Lumin., 2022, vol. 243, art. 118616. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2021.118616

[34] Ovchinnikov O., Aslanov S., Smirnov M., et al. Colloidal Ag₂S/SiO₂ core/shell quantum dots with IR luminescence. Opt. Mater. Express., 2021, vol. 11, iss. 1, pp. 89--104. DOI: https://doi.org/10.1364/OME.411432

[35] Гуляев Д.В., Журавлев К.С. Механизм воздействия электрического поля поверхностной акустической волны на кинетику низкотемпературной фотолюминесценции сверхрешеток второго рода GaAs/AlAs. Физика и техника полупроводников, 2007, т. 41, № 2, с. 211--216.