Спектральные и кинетические характеристики свернутых в виде свитков ультратонких нанопластин селенида кадмия

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.

1. Kushavah 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/aa7a4f

2. Кацаба 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.

3. Дайбаге 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/10.17586/2226-1494-2022-22-6-1098-1103

4. Reznik 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/10.17586/2226-1494-2021-21-6-866-871

5. Макурин 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/10.17586/2226-1494-2022-22-5-896-902

6. Vitukhnovsky 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.2017.02.041

7. Ovchinnikov 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.2016.07.016

8. Mićić 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/jp9704731

9. Miller 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.5b06833

10. de 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/jp811329r

11. Селюков 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.

12. Jin 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/10.1063/5.0022061

13. Yokota 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/jp2116609

14. Васильев 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.

15. Tessier 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/nn3014855

16. Saidzhonov 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.2020.117134

17. Kurtina 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/ma16031073

18. Kurtina 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.9b02927

19. Горбунова Е.В., Чертов А.Н. Колориметрия источников излучения: учебное пособие. СПб.: Университет ИТМО, 2015. 126 с.

20. 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/10.17586/2226-1494-2023-23-2-236-244

21. Christodoulou 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.8b02361

22. Ott 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.7b03191

23. Biadala 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/nl403311n

24. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. М.: Физматлит, 2005. 416 с.

25. 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.2020.117526