Временная динамика экситонной и рекомбинационной люминесценции квантовых точек CdTe/SiO2 (ядро/оболочка)

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Представлены результаты исследования временной динамики интенсивности фотолюминесценции квантовых точек теллурида кадмия, покрытых оболочкой диоксида кремния, при непрерывном оптическом облучении. Установлены как минимум два механизма, оказывающих влияние на излучение квантовых точек CdTe/SiO2. Обнаружено, что на ранних стадиях эксперимента наблюдается увеличение интенсивности люминесценции квантовых точек CdTe/SiO2, а на поздней стадии облучения начинает преобладать фотодеградация люминесценции. Первый механизм, связанный с фотоусилением, обусловлен пассивацией поверхностных дефектов молекулами воды и уменьшением количества центров безызлучательной рекомбинации, а второй механизм, связанный с фотодеградацией, объясняется фотоокислением ядра CdTe под действием кислорода.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Д. С. Дайбаге

Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук; Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

Author for correspondence.
Email: daibage@bmstu.ru
Russian Federation, Ленинский пр., 53, Москва, 119991; ул. 2-я Бауманская, 5, Москва, 105005

О. В. Овчинников

Воронежский государственный университет

Email: daibage@bmstu.ru
Russian Federation, Университетская пл., 1, Воронеж, 394006

М. С. Смирнов

Воронежский государственный университет

Email: daibage@bmstu.ru
Russian Federation, Университетская пл., 1, Воронеж, 394006

С. А. Амброзевич

Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук; Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

Email: daibage@bmstu.ru
Russian Federation, Ленинский пр., 53, Москва, 119991; ул. 2-я Бауманская, 5, Москва, 105005

И. А. Захарчук

Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук

Email: daibage@bmstu.ru
Russian Federation, Ленинский пр., 53, Москва, 119991

А. В. Осадченко

Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук

Email: daibage@bmstu.ru
Russian Federation, Ленинский пр., 53, Москва, 119991

А. С. Селюков

Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук

Email: daibage@bmstu.ru
Russian Federation, Ленинский пр., 53, Москва, 119991

References

  1. Behrle R., Krause V., Seifner M.S., Köstler B., Dick K.A., Wagner M., Sistani M., Barth S. Electrical and Structural Properties of Si1−xGex Nanowires Prepared from a Single-Source Precursor // Nanomaterials. 2023. V. 13. № 4. P. 627. https://doi.org/10.3390/nano13040627
  2. Дайбаге Д.С., Захарчук И.А., Осадченко А.В., Селюков А.С., Амброзевич С.А., Скориков М.Л., Васильев Р.Б. Люминесцентные и колориметрические свойства ультратонких наносвитков селенида кадмия // Кр. Сообщ. по физике ФИАН. 2023. T. 50. № 11. С. 83–91.
  3. Meliakov S.R., Belykh V.V., Kalitukha I.V., Golovatenko A.A., Di Giacomo A., Moreels I., Rodina A.V., Yakovlev D.R. Coherent Spin Dynamics of Electrons in CdSe Colloidal Nanoplatelets // Nanomaterials. 2023. V. 13. № 23. P. 3077. https://doi.org/10.3390/nano13233077
  4. Grevtseva I., Ovchinnikov O., Smirnov M., Perepelitsa A., Chevychelova T., Derepko V., Osadchenko A., Selyukov A. IR Luminescence of Plexcitonic Structures Based on Ag2S/L-Cys Quantum Dots and Au Nanorods // Opt. Express. 2022. V. 30. № 4. P. 4668–4679. https://doi.org/10.1364/OE.447200
  5. Babaev A.A., Skurlov I.D., Cherevkov S.A., Parfenov P.S., Baranov M.A., Kuzmenko N.K., Koroleva A.V., Zhizhin E.V., Fedorov A.V. PbSe/PbS Core/Shell Nanoplatelets with Enhanced Stability and Photoelectric Properties // Nanomaterials. 2023. V. 13. № 23. P. 3051. https://doi.org/10.3390/nano13233051
  6. Chae Y.B., Kim S.Y., Choi H.D., Moon D.G., Lee K.H., Kim C.K. Enhancing Efficiency in Inverted Quantum Dot Light-Emitting Diodes through Arginine-Modified ZnO Nanoparticle Electron Injection Layer // Nanomaterials. 2024. V. 14. № 3. P. 266. https://doi.org/10.3390/nano14030266
  7. Tosa K., Ding C., Chen S., Hayase S., Shen Q. Classifying the Role of Surface Ligands on the Passivation and Stability of Cs2NaInCl6 Double Perovskite Quantum Dots // Nanomaterials. 2024. V. 14. № 4. P. 376. https://doi.org/10.3390/nano14040376
  8. 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 // Научно-технический вестн. информационных технологий, механики и оптики. 2022 Т. 22. № 6. С. 1098–1103. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2022-22-6-1098-1103
  9. Derepko V.N., Ovchinnikov O.V., Smirnov M.S., Grevtseva I.G., Kondratenko T.S., Selyukov A.S., Turishchev S.Y. Plasmon-Exciton Nanostructures, Based on CdS Quantum Dots with Exciton and Trap State Luminescence // J. Lumin. 2022. V. 248. P. 118874. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2022.118874
  10. Korepanov O., Kozodaev D., Aleksandrova O., Bugrov A., Firsov D., Kirilenko D., Mazing D., Moshnikov V., Shomakhov Z. Temperature-and Size-Dependent Photoluminescence of CuInS2 Quantum Dots // Nanomaterials. 2023. V. 13. № 21. P. 2892. https://doi.org/10.3390/nano13212892
  11. 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 // J. Lumin. 2016. V. 179. P. 413–419. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2016.07.016
  12. Yu W. W., Qu L., Guo W., Peng X. Experimental Determination of the Extinction Coefficient of CdTe, CdSe, and CdS Nanocrystals // Chem. Mater. 2003. V. 15. № 14. P. 2854–2860. https://doi.org/10.1021/cm034081k
  13. Bhakti B., Datta S., Ghosh M. Influence of Spatial Extension of Impurity on the Nonlinear Optical Properties of Doped GaAs Quantum Dot in Presence of Noise // Mod. Phys. Lett. B. 2024. V. 38. № 5. P. 2350242. https://doi.org/10.1142/S0217984923502421
  14. Ovchinnikov O.V., Smirnov M.S., Chevychelova T.A., Zvyagin A.I., Selyukov A.S. Nonlinear Absorption Enhancement of Methylene Blue in the Presence of Au/SiO2 Core/Shell Nanoparticles // Dyes Pigments. 2022. V. 197. P. 109829. https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2021.109829
  15. Кондратенко Т.С., Гревцева И.Г., Звягин А.И., Овчинников О.В., Смирнов М.С. Люминесцентные и нелинейно-оптические свойства гибридных ассоциатов квантовых точек Ag2S с молекулами тиазиновых красителей // Оптика и спектроскопия. 2018. Т. 124. № 5. С. 640–647. https://doi.org/10.21883/OS.2018.05.45945.310-17
  16. Deng Z., Guyot-Sionnest P. Intraband Luminescence from HgSe/CdS Core/Shell Quantum Dots // ACS Nano. 2016. V. 10. № 2. P. 2121–2127. https://doi.org/10.1021/acsnano.5b06527
  17. Grevtseva I.G., Ovchinnikov O.V., Smirnov M.S., Perepelitsa A.S., Chevychelova T.A., Derepko V.N., Osadchenko A.V., Selyukov A.S. The Structural and Luminescence Properties of Plexcitonic Structures Based on Ag2S/ l-Cys Quantum Dots and Au Nanorods // RSC Adv. 2022. V. 12. № 11. P. 6525–6532. https://doi.org/10.1039/D1RA08806H
  18. Дайбаге Д. С. Спектральные и кинетические характеристики свернутых в виде свитков ультратонких нанопластин селенида кадмия // Научно-технический вестн. информационных технологий, механики и оптики. 2023. Т. 23. № 5. С. 920–926. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2023-23-5-920-926
  19. Du J., Feng A., Poelman D. Temperature Dependency of Trap‐Controlled Persistent Luminescence // Laser Photonics Rev. 2020. V. 14. № 8. P. 2000060. https://doi.oxrg/10.1002/lpor.202000060
  20. Wang Z., Huang Z., Liu G., Cai B., Zhang S., Wang Y. In‐Situ and Reversible Enhancement of Photoluminescence from CsPbBr3 Nanoplatelets by Electrical Bias // Adv. Opt. Mater. 2021. V. 9. № 15. P. 2100346. https://doi.org/10.1002/adom.202100346
  21. Дайбаге Д.С., Амброзевич С.А., Перепелица А.С., Захарчук И.А., Смирнов М.С., Овчинников О.В., Асланов С.В., Осадченко А.В., Селюков А.С. Влияние электрического поля на рекомбинационную люминесценцию коллоидных квантовых точек сульфида серебра // Вестн. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. 2023. № 3. С. 100–117. https://doi.org/10.18698/1812-3368-2023-3-100-117
  22. Муравицкая А.О., Гуринович Л.И., Прудников А.В., Артемьев М.В., Гапоненко С.В. Влияние внешнего электрического поля на фотолюминесценцию коллоидных наночастиц CdSe различной топологии // Оптика и спектроскопия. 2017. Т. 122. № 1. С. 91–95. https://doi.org/10.7868/S0030403417010214
  23. Nakabayashi T., Ohshima R., Ohta N. Electric Field Effects on Photoluminescence of CdSe Nanoparticles in a PMMA Film // Crystals. 2014. V. 4. № 2. P. 152–167. https://doi.org/10.3390/cryst4020152
  24. 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 // Mater. Res. Express. 2017. V. 4. № 7. P. 075007. https://doi.org/10.1088/2053-1591/aa7a4f
  25. de Mello Donegá C., Bode M., Meijerink A. Size-and Temperature-Dependence of Exciton Lifetimes in CdSe Quantum Dots // Phys. Rev. B. 2006. V. 74. № 8. P. 085320. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.74.085320
  26. 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 // J. Lumin. 2017. V. 186. P. 194–198. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2017.02.041
  27. Moon H., Lee C., Lee W., Kim J., Chae H. Stability of Quantum Dots, Quantum Dot Films, and Quantum Dot Light‐Emitting Diodes for Display Applications // Adv. Mater. 2019. V.31. № 34. P. 1804294. https://doi.org/10.1002/adma.201804294
  28. Patra S., Samanta A. Effect of Capping Agent and Medium on Light-Induced Variation of the Luminescence Properties of CdTe Quantum Dots: a Study Based on Fluorescence Correlation Spectroscopy, Steady State and Time-Resolved Fluorescence Techniques // J. Phys. Chem. C. 2014. V. 118. № 31. P. 18187–18196. https://doi.org/10.1021/jp5048216
  29. Malashin I.P., Daibagya D.S., Tynchenko V.S., Nelyub V.A., Borodulin A.S., Gantimurov A.P., Ambrozevich S.A., Selyukov A.S. ML-based Forecasting of Temporal Dynamics in Luminescence Spectra of Ag2S Colloidal Quantum Dots // IEEE Access. 2024. V. 12. P. 53320–53334. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2024.3387024
  30. Zaini M.S., Ying Chyi Liew J., Alang Ahmad S.A., Mohmad A.R., Kamarudin M.A. Quantum Confinement Effect and Photoenhancement of Photoluminescence of PbS and PbS/MnS Quantum Dots // Appl. Sci. 2020. V. 10. № 18. P. 6282. https://doi.org/10.3390/app10186282
  31. Cordero S.R., Carson P.J., Estabrook R.A., Strouse G.F., Buratto S.K. Photo-Activated Luminescence of CdSe Quantum Dot Monolayers // J. Phys. Chem. B. 2000. V. 104. № 51. P. 12137–12142. https://doi.org/10.1021/jp001771s
  32. Aldana J., Wang Y.A., Peng X. Photochemical Instability of CdSe Nanocrystals Coated by Hydrophilic Thiols // JACS. 2001. V. 123. № 36. P. 8844–8850. https://doi.org/10.1021/ja016424q
  33. Carrillo-Carrión C., Cárdenas S., Simonet B.M., Valcárcel M. Quantum Dots Luminescence Enhancement due to Illumination with UV/Vis Light // Chem. Commun. 2009. № 35. P. 5214–5226. https://doi.org/10.1039/B904381K
  34. Cai Q., Zhou H., Lu F. Enhanced Infrared Response of Si Base p–n Diode with Self-Assembled Ge Quantum Dots by Thermal Annealing // Appl. Surf. Sci. 2008. V. 254. № 11. P. 3376–3379. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2007.11.019
  35. Bao H., Gong Y., Li Z., Gao M. Enhancement Effect of Illumination on the Photoluminescence of Water-Soluble CdTe Nanocrystals: Toward Highly Fluorescent CdTe/CdS Core−Shell Structure // Chem. Mater. 2004. V. 16. № 20. P. 3853–3859. https://doi.org/10.1021/cm049172b
  36. Shim H.S., Ko M., Nam S., Oh J. H., Jeong S., Yang Y., Park S.M., Do Y.R., Song J.K. InP/ZnSeS/ ZnS Quantum Dots with High Quantum Yield and Color Purity for Display Devices // ACS Appl. Nano Mater. 2023. V. 6. № 2. P.1285–1294. https://doi.org/10.1021/acsanm.2c04936
  37. Dabbousi B.O., Rodriguez-Viejo J., Mikulec F.V., Heine J.R., Mattoussi H., Ober R., Jensen K.F., Bawendi M.G. (CdSe)ZnS Core−Shell Quantum Dots: Synthesis and Characterization of a Size Series of Highly Luminescent Nanocrystallites // J. Phys. Chem. B. 1997. V. 101. № 46. P. 9463–9475. https://doi.org/10.1021/jp971091y
  38. Van Sark W.G., Frederix P.L., Van den Heuvel D.J., Gerritsen H.C., Bol A.A., Van Lingen J.N., de Mello Donegá C., Meijerink A. Photooxidation and Photobleaching of Single CdSe/ZnS Quantum Dots Probed by Room-Temperature Time-Resolved Spectroscopy // J. Phys. Chem. B. 2001. V. 105. № 35. P. 8281–8284. https://doi.org/10.1021/jp012018h
  39. Daibagya D.S, Ambrozevich S.A., Zakharchuk I.A., Osadchenko A.V., Smirnov M.S., Ovchinnikov O.V., Selyukov A.S. Emission behaviour of CdTe/SiO2 Core/Shell Quantum Dots in External Electric Field // Opt. Mater. 2024. V. 150. P. 115297. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2024.115297
  40. Sathyamoorthy R., Sudhagar P., Kumar R. S., Sathyadevan T. M. Low-Temperature Synthesis of Thiol-Functionalized CdTe Nanoclusters with Different Tellurium Contents // Cryst. Res. Technol. 2010. V. 45. № 1. P. 99–103. https://doi.org/10.1002/crat.200900479
  41. Llopis M.V., Rodríguez J.C.C., Martín F.J.F., Coto A.M., Fernandez-Argueelles M.T., Costa-Fernández J.M., Sanz-Medel A. Dynamic Analysis of the Photoenhancement Process of Colloidal Quantum Dots with Different Surface Modifications // Nanotechnology. 2011. V. 22. № 38. P. 385703. https://doi.org/10.1088/0957-4484/22/38/385703

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. CT morphology: SEM image (a) and size distribution (b).

Download (537KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Representative series of CdTe/SiO2 CT FL spectra recorded under continuous optical irradiation: ‘Day 1’ (a) and ‘Day 2’ (b).

Download (285KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Time dependences of FL AI under continuous optical irradiation for ‘Day 1’ (red squares) and ‘Day 2’ (blue circles); black curve - approximation using expression (1).

Download (81KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences