DOI: 10.17586/1023-5086-2022-89-05-72-77
УДК 535.37; 538.958
Артём Игоревич Хребтов1, Анастасия Сергеевна Кулагина2, Владимир Васильевич Данилов3, Анна Сергеевна Драгунова4, Константин Павлович Котляр5, Родион Романович Резник6, Георгий Эрнстович Цырлин7
1, 2, 4, 5, 6, 7Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет им. Ж.И. Алфёрова Российской академии наук, Санкт-Петербург, Россия
2, 7Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, Санкт-Петербург, Россия
3Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, Санкт-Петербург, Россия
4Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики», Санкт-Петербург, Россия
5, 6, 7Институт аналитического приборостроения Российской академии наук, Санкт-Петербург, Россия
1, 6Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия
1khrebtovart@mail.com https://orcid.org/0000-0001-5515-323X
2a.s.panfutova@gmail.com https://orcid.org/0000-0002-9668-6398
3vdanilov039@gmail.com https://orcid.org/0000-0003-1586-3311
4anndra@list.ru https://orcid.org/0000-0002-0181-0262
5konstantin21kt@gmail.com https://orcid.org/0000-0002-0305-0156
6moment92@mail.ru https://orcid.org/0000-0003-1420-7515
7george.cirlin@mail.ru https://orcid.org/0000-0003-0476-3630
Аннотация
Предмет исследования. В работе исследована фотолюминесценция гибкой пленочной структуры, представляющей собой массив нитевидных нанокристаллов InP/InAsP/InP, внедренных в полимеризованный слой триоктилфосфин оксида с коллоидными квантовыми точками CdSe/ZnS, в зависимости от интенсивности возбуждения в ближнем инфракрасном диапазоне при комнатной температуре. Метод. Нитевидные нанокристаллы были синтезированы на подложке Si (III) методом молекулярно-пучковой эпитаксии на установке Compact 21 фирмы Riber. После нанесения на подложку коллоидного раствора триоктилфосфин оксида и квантовых точек CdSe/ZnS в толуоле образовывалась полимеризованная пленка, которая легко отделялась от подложки. В спектральных исследованиях в качестве источника возбуждения использовался непрерывно излучающий лазер YLF:Nd+3 с длиной волны 527 нм, мощность излучения варьировалась в диапазоне 15–100 мВт. Основные результаты. Продемонстрирован способ получения гибкой пленочной структуры, содержащей массив полупроводниковых нитевидных нанокристаллов и коллоидные квантовые точки. Обнаруженная в работе нелинейная зависимость интенсивности фотолюминесценции от интенсивности возбуждающего света интерпретирована как проявление эффекта светового тушения. Предложен механизм увеличения интенсивности фотолюминесценции в пленочной структуре. Практическая значимость. Предложенная пленочная гетероструктура с учетом положения максимума полосы фотолюминесценции вблизи 1,3 мкм может быть перспективной в плане интеграции с волоконно-оптическими системами.
Ключевые слова: нитевидные нанокристаллы, квантовые точки, фотолюминесценция, гибкая электроника
Благодарность: синтез экспериментальных образцов был выполнен при поддержке Министерства науки и высшего образования в части Государственного задания № 0791-2020-0003. Исследования структурных свойств образцов были выполнены при поддержке гранта РНФ № 21-72-00099. Исследования оптических свойств полученных наноструктур были выполнены в рамках Программы фундаментальных исследований НИУ ВШЭ.
Ссылка для цитирования: Хребтов А.И., Кулагина А.С., Данилов В.В., Драгунова А.С., Котляр К.П., Резник Р.Р., Цырлин Г.Э. Синтез и оптические свойства гетерогенной пленочной структуры на основе нитевидных нанокристаллов InP/InAsP/InP // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 5. С. 72–77. DOI: 10.17586/1023-5086-2022-89-05-72-77
Коды OCIS: 300.2530, 300.6340, 300.6470
Список источников
1. Guan N., Dai X., Babichev A.V., Julien F.H., Tchernycheva M. Flexible inorganic light emitting diodes based on semiconductor nanowires // Chem. Sci. 2017. V. 8. Р. 7904–7911.
2. Yang Y., Lin Z., Hou T., Zhang F., Wang Z.L. Nanowire-composite based flexible thermoelectric nanogenerators and self-powered temperature sensors // Nano Research. 2012. V. 5. № 12. P. 888–895.
3. Kang K., Cho Y., Yu K.J. Novel nano-materials and nano-fabrication techniques for flexible electronic systems // Micromachines. 2018. V. 9. № 6. Р. 263.
4. Wang J., Muhammad H., Liu J., Yu S. Nanowire assemblies for flexible electronic devices: Recent advances and perspectives // Advanced Materials. 2018. V. 30. Р. 1803430.
5. Dai X., Messanvi A., Zhang H., Durand C., Eymery J., Bougerol C., Julien F.H., Tchernycheva M. Flexible light-emitting diodes based on vertical nitride nanowires // Nano Lett. 2015. V. 15. P. 6958–6964.
6. Vershinin A.V., Soshnikov I.P., Kotlyar K.P., Kudryashov D.A., Samsonenko Y.B., Lysak V.V., Cirlin G.E. InP nanowires on Si (111) for piezotronic applications // J. Phys.: Conf. Ser. 2021. V. 1851. Р. 012014.
7. Reznik R.R, Cirlin G.E., Shtrom I.V., Khrebtov A.I., Soshnikov I.P., Kryzhanovskaya N.V., Moiseev E.I., Zhukov A.E. Coherent growth of InP/InAsP/InP nanowires on a Si (111) surface by molecular-beam epitaxy // Techn. Phys. Lett. 2018. V. 44. № 2. P. 112–114.
8. Cirlin G.E., Reznik R.R., Samsonenko Y.B., Khrebtov A.I., Kotlyar K.P., Ilkiv I.V., Soshnikov I.P., Kirilenko D.A., Kryzhanovskaya N.V. Phosphorus-based nanowires grown by molecular-beam epitaxy on silicon // Semiconductors. 2018. V. 52. № 11. P. 1416–1419.
9. Khrebtov A.I., Reznik R.R., Ubyivovk E.V., Litvin A.P., Skurlov I.D., Parfenova P.S., Kulagina A.S., Danilov V.V., Cirlin G.E. Nonradiative energy transfer in hybrid nanostructureswith varied dimensionality // Semiconductors. 2019. V. 53. № 9. P. 1258–1261.
10. Khrebtov A.I., Kulagina A.S., Danilov V.V., Gromova E.S., Litvin A.P., Skurlov I.D., Reznik R.R., Shtrom I.V., Cirlin G.E. Luminescence photodynamics of hybrid-structured InP/InAsP/InP nanowires passivated by a layer of TOPO-CdSe/ZnS quantum dots // Semiconductors. 2020. V. 54. № 9. P. 1141–1146.
11. Khrebtov A.I., Danilov V.V., Kulagina A.S., Reznik R.R., Skurlov I.D., Litvin A.P., Safin F.M., Shmakov S.V., Yablonskii A.N., Cirlin G.E. Influence of TOPO and TOPO-CdSe/ZnS quantum dots on luminescence photodynamics of InP/InAsP/InP heterostructure nanowires // Nanomaterials. 2021. V. 11. P. 640–649.
12. Danilov V.V., Mazurenko Y.T., Vorontsova S.I. Anti-stokes excitation of luminescence of dyes by high-power radiation // Opt. Commun. 1973. V. 9. № 3. P. 283–286.
13. McGuire J.A., Sykora M., Robel I., Padilha L.A., Joo J., Pietryga M.J., Klimov V.I. spectroscopic signatures of photocharging due to hot-carrier transfer in solutions of semiconductor nanocrystals under low-intensity ultraviolet excitation // ACS Nano. 2010. V. 4. № 10. P. 6087–6097.
14. Marceddu M., Saba M., Quochi F., Lai A., Huang J.,Talapin D.V., Mura A., Bongiovanni G. Charged excitons, Auger recombination and optical gain in CdSe/CdS nanocrystals // Nanotechnology. 2012. V. 23. Р. 015201.
15. Klimov V.I. Multicarrier interactions in semiconductor nanocrystals in relation to the phenomena of Auger recombination and carrier multiplication // Annu. Rev. Condens. Matter Phys. 2014. V. 5. № 1. P. 285–316.
16. Vaxenburg R., Rodina A., Shabaev A., Lifshiz E., Efros A.L. Nonradiative Auger recombination in semiconductor nanocrystals // Nano Lett. 2015. V. 5. № 1. P. 2092–2098.
