ntvНаучно-технический вестник информационных технологий, механики и оптикиScientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics2226-14942500-0373Университет ИТМО10.17586/2226-1494-2023-23-5-920-926ntv-121Research ArticleНОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИMATERIAL SCIENCE AND NANOTECHNOLOGIESСпектральные и кинетические характеристики свернутых в виде свитков ультратонких нанопластин селенида кадмияSpectral and kinetic characteristics of ultrathin cadmium selenide nanoscrollshttps://orcid.org/0000-0003-1944-1546ДайбагеД. С.DaibagyaD. S.

Дайбаге Даниил Саюзович — младший научный сотрудник; ассистент 

sc 57673090900 

Москва, 119991; Москва, 107023; Москва, 105005 

Daniil S. Daibagya — Junior Researcher; Assistant 

sc 57673090900 

Moscow, 119991; Moscow, 107023; Moscow, 105005 

daibagya@mail.ruФизический институт им. П.Н. Лебедева РАН ; Московский политехнический университет ; Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаРоссияP.N. Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences ; Moscow Polytechnic University ; Bauman Moscow State Technical UniversityRussian Federation202313122024235920926Copyright © Дайбаге Д.С., 20242024Дайбаге Д.С.Daibagya D.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ntv.elpub.ru/jour/article/view/121

Введение. Исследованы при комнатной температуре оптические и люминесцентные свойства ультратонких коллоидных полупроводниковых нанопластин селенида кадмия, свернутых в виде свитков толщиной 2,5 монослоя. Метод. Для коллоидного синтеза объектов исследования применен ацетат кадмия дигидрат Cd(CH3COO)2·2H2O и триоктилфосфинселенид в качестве прекурсоров кадмия и селена соответственно, а также использованы растворы олеиновой кислоты и октадецена. Регистрация сигнала люминесценции скрученных наноструктур проведена с помощью волоконного ПЗС-спектрометра. Кривые затухания фотолюминесценции нанокристаллов получены методом время-коррелированного счета одиночных фотонов в максимуме интенсивности люминесценции. Основные результаты. Обнаружено, что люминесценция исследуемых образцов характеризуется как межзонными переходами, так и переходами с участием дефектных уровней. Установлено, что нормированное число фотонов, регистрируемых при исследовании затухания рекомбинационной люминесценции, в 45 раз превышает аналогичное значение для экситонной люминесценции при идентичных условиях эксперимента. Определены доминирующая длина волны люминесценции, цветовые координаты, чистота цвета и коррелированная цветовая температура коллоидных полупроводниковых ультратонких нанопластин селенида кадмия, свернутых в виде свитков. Выполнено сравнение полученных результатов с аналогичными колориметрическими характеристиками для более толстых коллоидных полупроводниковых наноструктур селенида кадмия из известных научных работ. Обсуждение. Наблюдаемые эффекты свидетельствуют о том, что использование ультратонких свернутых нанокристаллов селенида кадмия является перспективным для создания светодиодов на их основе.

We have studied the optical and luminescence properties at room temperature of ultrathin colloidal semiconductor cadmium selenide nanoscrolls with a thickness of 2.5 monolayers. For colloidal synthesis of the objects under study, cadmium acetate dihydrate Cd(CH3COO)2·2H2O and trioctylphosphine selenide were used as precursors of cadmium and selenium, respectively, and solutions of oleic acid and octadecene were also used. Luminescence spectrum of cadmium selenide nanoscrolls was recorded using a fiber charge coupled device spectrometer. Spectrally resolved photoluminescence decays for nanoparticles were measured with the use of time-correlated single photon counting technique. The emission of the cadmium selenide nanoscrolls consists of interband and recombination luminescence bands. We found that the normalized photon numbers of recombination luminescence are larger than the normalized photon numbers of interband luminescence. We determined dominant wavelengths, chromaticity coordinates, and correlated color temperatures of ultrathin colloidal semiconductor cadmium selenide nanoscrolls. These ultrathin cadmium selenide nanoscrolls are promising for application in light-emitting diodes.

фотолюминесценциянаночастицынаносвиткиселенид кадмияцветовые координатычистота цветацветовая температураphotoluminescencenanoparticlesnanoscrollscadmium selenidechromaticity coordinatescolor puritycorrelated color temperatureReferencesKushavah D., Mohapatra P.K., Ghosh P., Singh M., Vasa P., Bahadur D., Singh B.P. Photoluminescence characteristics of CdSe quantum dots: role of exciton–phonon coupling and defect/trap states // Materials Research Express. 2017. V. 4. N 7. P. 075007. https://doi.org/10.1088/2053-1591/aa7a4fKushavah D., Mohapatra P.K., Ghosh P., Singh M., Vasa P., Bahadur D., Singh B.P. Photoluminescence characteristics of CdSe quantum dots: role of exciton–phonon coupling and defect/trap states. Materials Research Express, 2017, vol. 4, no. 7, pp. 075007. https://doi.org/10.1088/2053-1591/aa7a4fКацаба А.В., Федянин В.В., Амброзевич С.А., Витухновский А.Г., Лобанов А.Н., Селюков А.С., Васильев Р.Б., Саматов И.Г., Брунков П.Н. Характеризация дефектов в коллоидных нанокристаллах CdSe модифицированным методом термостимулированной люминесценции // Физика и техника полупроводников. 2013. Т. 47. № 10. С. 1339–1343.Katsaba A.V., Fedyanin V.V., Ambrozevich S.A., Vitukhnovsky A.G., Lobanov A.N., Selyukov A.S., Vasiliev R.B., Samatov I.G., Brunkov P.N. Characterization of defects in colloidal CdSe nanocrystals by the modified thermostimulated luminescence technique. Semiconductors, 2013, vol. 47, no. 10, pp. 1328–1332. https://doi.org/10.1134/s1063782613100138Дайбаге Д.С., Амброзевич С.А., Перепелица А.С., Захарчук И.А., Осадченко А.В., Безверхняя Д.М., Авраменко А.И., Селюков А.С. Спектральные и кинетические свойства квантовых точек сульфида серебра во внешнем электрическом поле // Научнотехнический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2022. Т. 22. № 6. С. 1098–1103. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2022-22-6-1098-1103Daibagya D.S., Ambrozevich S.A., Perepelitsa A.S., Zakharchuk I.A., Osadchenko A.V., Bezverkhnyaya D.M., Avramenko A.I., Selyukov A.S. Spectral and kinetic properties of silver sulfide quantum dots in an external electric field. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2022, vol. 22, no. 6, pp. 1098–1103. (in Russian). https://doi.org/10.17586/2226-1494-2022-22-6-1098-1103Reznik R.R., Kotlyar K.P., Shtrom I.V., Samsonenko Yu.B., Khrebtov A.I., Cirlin G.E. Different III-V semiconductor nanowires with quantum dots on silicon: growth by molecular-beam epitaxy and properties // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2021. Т. 21. № 6. С. 866–871. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2021-21-6-866-871Reznik R.R., Kotlyar K.P., Shtrom I.V., Samsonenko Yu.B., Khrebtov A.I., Cirlin G.E. Different III-V semiconductor nanowires with quantum dots on silicon: growth by molecular-beam epitaxy and properties. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2021, vol. 21, no. 6, pp. 866– 871. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2021-21-6-866-871Макурин А.А., Колобкова Е.В. Исследование спектрально-люминесцентных свойств квантовых точек CsPb(BrCl)3 во фторфосфатных стеклах // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2022. Т. 22. № 5. С. 896–902. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2022-22-5-896-902Makurin A.A., Kolobkova E.V. Investigation of spectral-luminescent properties of cesium CsPb(BrCl)3 quantum dots in fluorophosphate glasses. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2022, vol. 22, no. 5, pp. 896–902. (in Russian). https://doi.org/10.17586/2226-1494-2022-22-5-896-902Vitukhnovsky A.G., Selyukov A.S., Solovey V.R., Vasiliev R.B., Lazareva E.P. Photoluminescence of CdTe colloidal quantum wells in external electric field // Journal of Luminescence. 2017. V. 186. P. 194–198. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2017.02.041Vitukhnovsky A.G., Selyukov A.S., Solovey V.R., Vasiliev R.B., Lazareva E.P. Photoluminescence of CdTe colloidal quantum wells in external electric field. Journal of Luminescence, 2017, vol. 186, pp. 194–198. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2017.02.041Ovchinnikov O.V., Smirnov M.S., Korolev N.V., Golovinski P.A., Vitukhnovsky A.G. The size dependence recombination luminescence of hydrophilic colloidal CdS quantum dots in gelatin // Journal of Luminescence. 2016. V. 179. P. 413–419. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2016.07.016Ovchinnikov O.V., Smirnov M.S., Korolev N.V., Golovinski P.A., Vitukhnovsky A.G. The size dependence recombination luminescence of hydrophilic colloidal CdS quantum dots in gelatin. Journal of Luminescence, 2016, vol. 179, pp. 413–419. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2016.07.016Mićić O.I., Cheong H.M., Fu H., Zunger A., Sprague J.R., Mascarenhas A., Nozik A.J. Size-dependent spectroscopy of InP quantum dots // The Journal of Physical Chemistry B. 1997. V. 101. N 25. P. 4904–4912. https://doi.org/10.1021/jp9704731Mićić O.I., Cheong H.M., Fu H., Zunger A., Sprague J.R., Mascarenhas A., Nozik A.J. Size-dependent spectroscopy of InP quantum dots. The Journal of Physical Chemistry B, 1997, vol. 101, no. 25, pp. 4904–4912. https://doi.org/10.1021/jp9704731Miller E.M., Kroupa D.M., Zhang J., Schulz P., Marshall A.R., Kahn A., Lany S., Luther J.M., Beard M.C., Perkins C.L., Van De Lagemaat J. Revisiting the valence and conduction band size dependence of PbS quantum dot thin films // ACS Nano. 2016. V. 10. N 3. P. 3302–3311. https://doi.org/10.1021/acsnano.5b06833Miller E.M., Kroupa D.M., Zhang J., Schulz P., Marshall A.R., Kahn A., Lany S., Luther J.M., Beard M.C., Perkins C.L., Van De Lagemaat J. Revisiting the valence and conduction band size dependence of PbS quantum dot thin films. ACS Nano, 2016, vol. 10, no. 3, pp. 3302–3311. https://doi.org/10.1021/acsnano.5b06833de Mello Donega C., Koole R. Size dependence of the spontaneous emission rate and absorption cross section of CdSe and CdTe quantum dots // The Journal of Physical Chemistry C. 2009. V. 113. N 16. P. 6511–6520. https://doi.org/10.1021/jp811329rde Mello Donega C., Koole R. Size dependence of the spontaneous emission rate and absorption cross section of CdSe and CdTe quantum dots. The Journal of Physical Chemistry C, 2009, vol. 113, no. 16, pp. 6511–6520. https://doi.org/10.1021/jp811329rСелюков А.С., Витухновский А.Г., Лебедев В.С., Ващенко А.А., Васильев Р.Б., Соколикова М.С. Электролюминесценция коллоидных квазидвумерных полупроводниковых наноструктур CdSe в гибридном светоизлучающем диоде // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2015. T. 147. № 4. С. 687–701.Selyukov A.S., Vitukhnovskii A.G., Lebedev V.S., Vashchenko A.A., Vasiliev R.B., Sokolikova M.S. Electroluminescence of colloidal quasi-two-dimensional semiconducting CdSe nanostructures in a hybrid light-emitting diode. Journal of Experimental and Theoretical Physics, 2015, vol. 120, no. 4, pp. 595–606. https://doi.org/10.1134/S1063776115040238Jin T., Lian T. Trap state mediated triplet energy transfer from CdSe quantum dots to molecular acceptors // The Journal of Chemical Physics. 2020. V. 153. N 7. P. 074703. https://doi.org/10.1063/5.0022061Jin T., Lian T. Trap state mediated triplet energy transfer from CdSe quantum dots to molecular acceptors. The Journal of Chemical Physics, 2020, vol. 153, no. 7, pp. 074703. https://doi.org/10.1063/5.0022061Yokota H., Okazaki K., Shimura K., Nakayama M., Kim D. Photoluminescence properties of self-assembled monolayers of CdSe and CdSe/ZnS quantum dots // The Journal of Physical Chemistry C. 2012. V. 116. N 9. P. 5456–5459. https://doi.org/10.1021/jp2116609Yokota H., Okazaki K., Shimura K., Nakayama M., Kim D. Photoluminescence properties of self-assembled monolayers of CdSe and CdSe/ZnS quantum dots. The Journal of Physical Chemistry C, 2012, vol. 116, no. 9, pp. 5456–5459. https://doi.org/10.1021/jp2116609Васильев Р.Б., Соколикова М.С., Витухновский А.Г., Амброзевич С.А., Селюков А.С., Лебедев В.С. Оптика свёрнутых в виде свитков коллоидных квантоворазмерных наноструктур CdSe // Квантовая электроника. 2015. T. 45. № 9. C. 853–857.Vasiliev R.B., Sokolikova M.S., Vitukhnovskii A.G., Ambrozevich S.A., Selyukov A.S., Lebedev V.S. Optics of colloidal quantum-confined CdSe nanoscrolls. Quantum Electronics, 2015, vol. 45, no. 9, pp. 853– 857. https://doi.org/10.1070/QE2015v045n09ABEH015827Tessier M.D., Javaux C., Maksimovic I., Loriette V., Dubertret B. Spectroscopy of single CdSe nanoplatelets // ACS Nano. 2012. V. 6. N 8. P. 6751–6758. https://doi.org/10.1021/nn3014855Tessier M.D., Javaux C., Maksimovic I., Loriette V., Dubertret B. Spectroscopy of single CdSe nanoplatelets. ACS Nano, 2012, vol. 6, no. 8, pp. 6751–6758. https://doi.org/10.1021/nn3014855Saidzhonov B.M., Zaytsev V.B., Berekchiian M.V., Vasiliev R.B. Highly luminescent copper-doped ultrathin CdSe nanoplatelets for white-light generation // Journal of Luminescence. 2020. V. 222. P. 117134. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2020.117134Saidzhonov B.M., Zaytsev V.B., Berekchiian M.V., Vasiliev R.B. Highly luminescent copper-doped ultrathin CdSe nanoplatelets forwhite-light generation. Journal of Luminescence, 2020, vol. 222, pp. 117134. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2020.117134Kurtina D.A., Grafova V.P., Vasil’eva I.S., Maksimov S.V., Zaytsev V.B., Vasiliev R.B. Induction of chirality in atomically thin ZnSe and CdSe nanoplatelets: strengthening of circular dichroism via different coordination of cysteine-based ligands on an ultimate thin semiconductor core // Materials. 2023. V. 16. N 3. P. 1073. https://doi.org/10.3390/ma16031073Kurtina D.A., Grafova V.P., Vasil’eva I.S., Maksimov S.V., Zaytsev V.B., Vasiliev R.B. Induction of chirality in atomically thin ZnSe and CdSe nanoplatelets: strengthening of circular dichroism via different coordination of cysteine-based ligands on an ultimate thin semiconductor core. Materials, 2023, vol. 16, no. 3, pp. 1073. https://doi.org/10.3390/ma16031073Kurtina D.A., Garshev A.V., Vasil’eva I.S., Shubin V.V., Gaskov A.M., Vasiliev R.B. Atomically thin population of colloidal CdSe nanoplatelets: growth of rolled-up nanosheets and strong circular dichroism induced by ligand exchange // Chemistry of Materials. 2019. V. 31. N 23. P. 9652–9663. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.9b02927Kurtina D.A., Garshev A.V., Vasil’eva I.S., Shubin V.V., Gaskov A.M., Vasiliev R.B. Atomically thin population of colloidal CdSe nanoplatelets: growth of rolled-up nanosheets and strong circular dichroism induced by ligand exchange. Chemistry of Materials, 2019, vol. 31, no. 23, pp. 9652–9663. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.9b02927Горбунова Е.В., Чертов А.Н. Колориметрия источников излучения: учебное пособие. СПб.: Университет ИТМО, 2015. 126 с.Gorbunova E.V., Chertov A.N. Colorimetry of Emission Sources. St. Petersburg, ITMO University, 2015, 126 p. (in Russian)Жбанова В.Л. Система цветоделения на основе цветового треугольника для колориметрических исследований в микроскопии // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2023. Т. 23. № 2. С. 236–244. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2023-23-2-236-244Zhbanova V.L. Color triangle color separation system for colorimetric research in microscopy. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2023, vol. 23, no. 2, pp. 236–244. (in Russian). https://doi.org/10.17586/2226-1494-2023-23-2-236-244Christodoulou S., Climente J.I., Planelles J., Brescia R., Prato M., Martín-García B., Khan A.H., Moreels I. Chloride-induced thickness control in CdSe nanoplatelets // Nano Letters. 2018. V. 18. N 10. P. 6248–6254. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b02361Christodoulou S., Climente J.I., Planelles J., Brescia R., Prato M., Martín-García B., Khan A.H., Moreels I. Chloride-induced thickness control in CdSe nanoplatelets. Nano Letters, 2018, vol. 18, no. 10, pp. 6248–6254. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b02361Ott F.D., Riedinger A., Ochsenbein D.R., Knüsel P.N., Erwin S.C., Mazzotti M., Norris D.J. Ripening of semiconductor nanoplatelets // Nano Letters. 2017. V. 17. N 11. P. 6870–6877. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.7b03191Ott F.D., Riedinger A., Ochsenbein D.R., Knüsel P.N., Erwin S.C., Mazzotti M., Norris D.J. Ripening of semiconductor nanoplatelets. Nano Letters, 2017, vol. 17, no. 11, pp. 6870–6877. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.7b03191Biadala L., Liu F., Tessier M.D., Yakovlev D.R., Dubertret B., Bayer M. Recombination dynamics of band edge excitons in quasitwo-dimensional CdSe nanoplatelets // Nano Letters. 2014. V. 14. N 3. P. 1134–1139. https://doi.org/10.1021/nl403311nBiadala L., Liu F., Tessier M.D., Yakovlev D.R., Dubertret B., Bayer M. Recombination dynamics of band edge excitons in quasi-twodimensional CdSe nanoplatelets. Nano Letters, 2014, vol. 14, no. 3, pp. 1134–1139. https://doi.org/10.1021/nl403311nГусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. М.: Физматлит, 2005. 416 с.Gusev A.I. Nanomaterials, Nanostructures, Nanotechnologies. Moscow, Fizmatlit Publ., 2005, 416 p. (in Russian)Smirnov M.S., Ovchinnikov O.V. IR luminescence mechanism in colloidal Ag2S quantum dots // Journal of Luminescence. 2020. V. 227. P. 117526. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2020.117526Smirnov M.S., Ovchinnikov O.V. IR luminescence mechanism in colloidal Ag2S quantum dots. Journal of Luminescence, 2020, vol. 227, pp. 117526. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2020.117526

The authors declare that there are no conflicts of interest present.