SoVbTv™ НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ, АКТИВНЫЕ СРЕДЫ И НАНОСТРУКТУРЫ
Коротковолновый сдвиг максимума фотолюминесценции нанотетраподов теллурида кадмия с наконечниками из селенида кадмия
Гаврилов С.Ю.
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Физический факультет, Москва.
Е-mail: logbook1@yandex. ru
DOI: 10.24412/cl-35673-2022-1-52-54
В настоящей работе были исследованы нелинейно-оптические свойства коллоидных растворов полупроводниковых нанотетраподов на основе теллурида кадмия с отростками селенида кадмия на продолжениях ножек. Квантово-размерный эффект приводит к дискретизации электронных и дырочных уровней в рассматриваемых нанокристаллах (тетраподных квантовых точках). Особое внимание в исследовании уделено явлению коротковолнового сдвига фотолюминесценции, связанной с непрямым экситонным переходом в наноструктурах CdTe/CdSe.
Полупроводниковые нанотетраподы могут быть использованы для биологической визуализации, создания активных сред лазеров, модуляторов добротности, светодиодов [1]. Гетероструктуры второго типа на основе нанотетраподов особенно перспективны для создания солнечных элементов из-за эффекта фотоэлектрического разделения зарядов [2, 3].
Для установления особенностей фотолюминесценции нанотетраподов был применен метод накачки и зондирования. Накачка была осуществлена на третьей гармонике неодимового YAP-лазера (360 нм), зондирование — люминесценцией красителей в оптическом диапазоне (от 500 до 800 нм).
Измеренные спектры фотолюминесценции характеризуются тремя максимумами (рис. 1). Первые два максимума фотолюминесценции относятся к прямым экситонным переходам в компонентах CdSe и CdTe. Длины волн экситонных переходов исследуемых нанотетраподов определены исходя из анализа литературы [4]. Максимум в интервале длин волн от 745 до 776 нм соответствует непрямому экситонному переходу. Для непрямого перехода обнаружен коротковолновый сдвиг максимума ФЛ при
ШКОЛА-КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ
-------------1Е НЕДЕЛИ»
18-20 октября 2022 г
увеличении интенсивности оптической накачки. Коротковолновый сдвиг объясняется зависимостью радиуса экситона от экситонной плотности. Увеличение интенсивности накачки вызывает рост экситонной плотности в гетероструктуре, что приводит к заполнению фазового пространства экситонов, сопровождающемуся увеличением радиуса экситона. Увеличение радиуса экситона приводит к уменьшению энергии связи экситона и увеличению энергии непрямого перехода.
-7.2 МВт/см2
-5.19 МВт/см2
-4.83 МВт/см2
-4.03 МВт/см2
-3.03 МВт/см2
-2.16 МВт/см2
1.44 МВт/см2 — 0.65 МВт/см2
-0.22 МВт/см2
0,16 МВт/см2 0.12 МВт/си2 0,06 МВт/см2 0.02 МВт/см1 0.01 МВт/см2
X, НМ
Рис. 1. Спектры фотолюминесценции нанотетраподов CdTe/CdSe при различных интенсивностях накачки
Коротковолновый сдвиг ФЛ при нерезонансном возбуждении экситонов в нанотетраподах CdTe/CdSe составил «67 мэВ, что вдвое меньше энергии связи экситона (127 мэВ)[4] (см. формулу 1). Данная особенность связана с возникновением локального нагрева нанокристаллов, приводящего к красному сдвигу электронных и дырочных уровней.
'а МЭ (1)
рЮ _ _
где й — диаметр ножки тетрапода, е - заряд электрона, £ — диэлектрическая проницаемость полупроводника, £I — диэлектрическая проницаемость диэлектрика.
Была построена зависимость полуширины пиков ФЛ прямого
™™дыГу™ новые материалы, активные среды и наноструктуры
экситонного перехода в компоненте CdSe от интенсивности оптической накачки (рис. 2). В пределах погрешностей она имеет линейный характер роста. Уширение пика ФЛ может указывать на экситон-фононное взаимодействие, приводящее к нагреву нанотетрапод ов.
51 г
50 -
49 -
*.48 -
<
47 -46 -
45 -,-1---1-,-1-.-1-,-1-,-1-,-1-,-1
012345678
\витв, МВт/см2
Рис. 2. Зависимость ширины ФЛ на половине максимума интенсивности прямого основного экситонного перехода в CdSe от интенсивности накачки на 595 нм
Выражаю благодарность научному руководителю, к.ф.-м.н. Смирнову А.М. и к.ф.-м.н. Козловой М.В. за постановку научной задачи, помощь в измерениях и обсуждение результатов.
1. Bera D., et al. Materials. 2010. 3(4): 2260-2345.
2. Nideep T.K., Ramya M., and Kailasnath M. Superlattices and Microstructures. 2020, 141, 106477.
3. Lee H., et al. Solar Energy Materials and Solar Cells. 2011, 95(2), 446-452.
4. Golinskaya A.D., et al. Results in Physics. 2021, 27, 104488.