Необычные свойства коллоидных квантовых точек CdSe(Er)

Золотых А.Н.

Аспирант

Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова, 
факультет наук о материалах, Москва, Россия

[email protected]
Коллоидные квантовые точки (ККТ) представляют собой наночастицы полупроводника, размер которых по трем измерениям меньше характерного боровского радиуса экситона в полупроводнике. Нанокристаллы стабилизированы слоем поверхностно-активного вещества и образуют золи в полярных и неполярных растворителях. Они являются перспективными материалами для применения в качестве биологических меток, использования в оптоэлектронных устройствах. Легирование квантовых точек ионами редкоземельных металлов позволяет модифицировать их оптические свойства.

Квантовые точки были синтезированы олеатным методом, исходными веществами были олеат кадмия и триоктилфисфинселенид [1]. Прекурсором эрбия являлся пропионат. Вводилось различное количество эрбия в раствор прекурсоров перед синтезом. Полученные точки были стабилизированы олеиновой кислотой и образовывали устойчивые коллоидные растворы в неполярных растворителях.

Синтезированные ККТ были исследованы методами просвечивающей электронной микроскопии, люминесцентной спектроскопии, UV-VIS-спектроскопии, рентгеновской дифракции, EXAFS и XANES.

По данным электронной микроскопии квантовые точки, содержащие эрбий, имеют протяженную и разветвленную структуру нанокристаллов, они представляют собой палочки, диподы, триподы и тетраподы. Образцы без эрбия характеризуются сферической формой. Рентгенофазовый анализ позволяет приписать нелегированным эрбием квантовым точкам структуру сфалерита, а легированным – структуру вюрцита.

По данным спектров тонкой структуры рентгеновского поглощения можно заключить, что эрбий находится на поверхности квантовых точек, окруженный кислородом. Кислород остается от прекурсора эрбия – карбоксилата.

При достижении определенной концентрации эрбия в растворе происходит появление второго экситонного пика на спектрах люминесценции, сдвинутого относительно первого в область меньших энергий. При увеличении концентрации эрбия происходит дальнейшее смещение этого пика. Также наблюдалось уменьшение квантового выхода экситонного пика с увеличением содержания эрбия в растворе. На спектрах поглощения наблюдается появление полосы поглощения, сдвинутой относительно экситонного пика в красную область спектра и сильно размытой.

Можно предположить, что второй пик на спектрах люминесценции связан с рекомбинацией экситона в луче тетрапода, где он удерживается на поверхности ионами эрбия в кислородном окружении.

Работа подержана грантом РФФИ №12-03-00933а.

[1] R.B.Vasiliev, S.G.Dorofeev, D.N.Dirin, D.A.Belov, T.A.Kuznetsova. Synthesis and optical properties of PbSe and CdSe colloidal quantum dots capped with oleic acid // Mendeleev Commun., 2004, 14(4), 169-171