Изготовление тонких слоев коллоидных квантовых точек на планарных субстратах с использованием полиметилметакрилата

Тананаев П.Н., Богинская И.А., Быков И.В., Трофимов И.В., Родионов И.А., Рыжиков И.А., Янковский Г.М., Барышев А.В.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Тананаев П.Н., Богинская И.А., Быков И.В., Трофимов И.В., Родионов И.А., Рыжиков И.А., Янковский Г.М., Барышев А.В. Изготовление тонких слоев коллоидных квантовых точек на планарных субстратах с использованием полиметилметакрилата // Оптический журнал. 2018. Т. 85. № 3. С. 19–26. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2018-85-03-19-26

Tananaev P.N., Boginskaya I.A., Bykov I.V., Trofimov I.V., Rodionov I.A., Ryzhikov I.A., Yankovskiy G.M., Baryshev A.V. Fabricating thin films with colloidal quantum dots on planar substrates using polymethyl methacrylate [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2018. V. 85. № 3. P. 19–26. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2018-85-03-19-26

Ссылка на англоязычную версию:

P. N. Tananaev, I. A. Boginskaya, I. V. Bykov, I. V. Trofimov, I. A. Rodionov, I. A. Ryzhikov, G. M. Yankovskiĭ, and A. V. Baryshev, "Fabricating thin films with colloidal quantum dots on planar substrates using polymethyl methacrylate," Journal of Optical Technology. 85(3), 136-143 (2018). https://doi.org/10.1364/JOT.85.000136

Аннотация:

Демонстрируются возможности метода нанесения равномерных слоев коллоидных квантовых точек CdSe/CdS/ZnS с гидрофобной оболочкой из жирных кислот и алифатических аминов на планарные субстраты. С помощью центрифугирования на плоские подложки нанесены отдельные тонкие слои полиметилметакрилата и квантовые точки с хорошей адгезией, а также дисперсии квантовых точек в полиметилметакрилате. Топология изготовленных слоев исследована с помощью атомно-силовой микроскопии и картирования люминесценции, изучены процессы агрегации и выделения квантовых точек в отдельную фазу. Нанесенные слои могут быть структурированы методом электронно-лучевой литографии для создания наноструктур на основе квантовых точек.

Ключевые слова:

коллоидные квантовые точки, полиметилметакрилат, тонкие пленки, наноплазмоника, нанофотоника, центрифугирование

Благодарность:

Выражаем благодарность А.В. Звереву за подбор условий съемки на РЭМ. Исследования выполнены с использованием материально-технической базы ЦКП Научно-образовательного центра «Функциональные микро/наносистемы» МГТУ им. Н.Э. Баумана (ID 74300).
Работа выполнена при поддержке Фонда перспективных исследований (договор № 7/004/2013-2018 от 23.12.2013).

Коды OCIS: 160.2540, 160.4236, 240.2130, 300.6280, 350.4238

Список источников:

1. Krasavin A.V., Zayats A.V., Zheludev N.I. Active control of surface plasmon–polariton waves // J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 2005. V. 7. P. 85–89.
2. Maier S.A. Plasmonics: Fundamentals and applications. Springer-Verlag, 2007. 224 p.
3. Bergman D.J., Stockman M.I. Surface plasmon amplification by stimulated emission of radiation: Quantum generation of coherent surface plasmons in nanosystems // Phys. Rev. Lett. 2003. V. 90. 027402-1–4.
4. Stockman M.I. Spasers explained // Nature Photonics. 2008. V. 2. P. 327–329.
5. Klimov V.I. Semiconductor and metal nanocrystals: Synthesis and electronic and optical properties. CRC Press, 2003. 484 p.
6. Chen Ou, Zhao J., Chauhan V.P., Cui J., Wong C., Harris D.K., Wei He, Han H.-S., Fukumura D., Jain R.K., Bawendi M.G. Compact high-quality CdSe-CdS core–shell nanocrystals with narrow emission linewidths and suppressed blinking // Nature Materials. 2013. V. 12. P. 445–451.
7. Klimov V.I., Ivanov S.A., Nanda J., Achermann M., Bezel I., McGuire J.A., Piryatinski A. Single-exciton optical gain in semiconductor nanocrystals // Nature. 2007. V. 447. P. 441–446.

8. Dang C., Lee J., Breen C., Steckel J.S., Coe-Sullivan S., Nurmikko A. Red, green and blue lasing enabled by single-exciton gain in colloidal quantum dot films // Nature Nanotechnology. 2012. V. 7. P. 335–339.
9. Vieu C., Carcenac F., Pepin A., Chen Y., Mejias M., Lebib A., Manin-Ferlazzo L., Couraud L., Launois H. Electron beam lithography: Resolution limits and applications // Appl. Surf. Sci. 2000. V. 164(1–4). P. 111–117.
10. Radko I., Nielsen M.G., Albrektsen O., Bozhevolnyi S.I. Stimulated emission of surface plasmon-polaritons by lead-sulphide quantum dots at near infra-red wavelengths // Opt. Exp. 2010. V. 18. № 18. P. 18633–18641.
11. Tanaka K., Plum E., Ou J.Y., Uchino T., Zheludev N.I. Multifold enhancement of quantum dot luminescence in plasmonic metamaterials // Phys. Rev. Lett. 2010. V. 105. P. 227403.
12. Berini P., De Leon I. Surface Plasmon-polariton amplifiers and lasers // Nature Photonics. 2012. V. 6. P. 16–24.
13. Manfrinato V.R., Wanger D.D., Strasfeld D.B., Han H.S., Marsili F., Arrieta J.P., Mentzel T.S., Bawendi M.G., Berggren K.K. Controlled placement of colloidal quantum dots in sub-15 nm clusters // Nanotechnology. 2013. V. 24. P. 125302.
14. Mentzel T.S., Wanger D.D., Ray N., Walker B.J., Strasfeld D., Bawendi M.G., Kastner M.A. Nanopatterned electrically conductive films of semiconductor nanocrystals // Nano Lett. 2012. V. 12. P. 4404–4408.
15. Rabouw F.T., Frimmer M., Mohtashami A., Koenderink A.F. Nanoscale lithographic positioning of fluorescing quantum dot nanocrystals on planar samples // Opt. Mater. 2013. V. 35. P. 1342–1347.
16. Kress S.J.P., Richner P., Jayanti S.V., Galliker P., Kim D.K., Poulikakos D., Norris D.J. Near-field light design with colloidal quantum dots for photonics and plasmonics // Nano Lett. 2014. V. 14. P. 5827–5833.
17. Walsh C.B., Franses E.I. Ultrathin PMMA films spin-coated from toluene solutions // Thin Solid Films. 2003. V. 429. № 1–2. P. 71–76.
18. Rooks M.J., Wind S., McEuren P., Prober D.E. Fabrication of 30-nm-scale structures for electron transport studies using a polymethylmethacrylate bilayer resist // J. Vac. Sci. Technol. B. 1987. V. 5(1). P. 318–321.
19. Decker M., Staude I., Shishkin I.I., Samusev K.B., Parkinson P., Sreenivasan V.K.A., Minovich A., Miroshnichenko A.E., Zvyagin A., Jagadish C., Neshev D.N., Kivshar Y.S. Dual-channel spontaneous emission of quantum dots in magnetic metamaterials // Nature Commun. 2013. V. 4. Р. 2949.
20. Akimov A.V., Mukherjee A., Yu C.L., Chang D.E., Zibrov A.S., Hemmer P.R., Park H., Lukin M.D. Generation of single optical plasmons in metallic nanowires coupled to quantum dots // Nature. 2007. V. 450. P. 402–406.
21. Jin S., DeMarco E., Pellin M.J., Farha O.K., Wiederrecht G.P., Hupp J.T. Distance-engineered plasmon-enhanced light harvesting in CdSe quantum dots // J. Phys. Chem. Lett. 2013. V. 4. P. 3527–3533.
22. Tamborra M., Striccoli M., Curri M.L., Alducin J.A., Mecerreyes D., Pomposo J.A., Kehagias N., Reboud V., Torres S., Clivia M., Agostiano A. Nanocrystal-based luminescent composites for nanoimprinting lithography // Small. 2007. V. 3. № 5. P. 822–828.
23. Pompa P.P., Martiradonna L., Della Torre A., Della Sala F., Manna L., De Vittorio M., Calabi F., Cingolani R., Rinaldi R. Metal-enhanced fluorescence of colloidal nanocrystals with nanoscale control // Nature Nanotechnology. 2006. V. 1. P. 126–130.
24. Grandidier J., des Francs J.C., Massenot S., Bouhelier A., Markey L., Weeber J.-C., Finot C., Dereux A. Gain-assisted propagation in a plasmonic waveguide at telecom wavelength // Nano Lett. 2009. V. 9. P. 2935–2939.
25. Chen Y., Munechika K., Jen-La Plante I., Munro A.M., Skrabalak S.E., Xia Y., Gingera D.S. Excitation enhancement of CdSe quantum dots by single metal nanoparticles // Appl. Phys. Lett. 2008. V. 93. P. 053106.
26. Kim J.-M., Lee D.-H., Jeun J.-H., Yoon T.-S., Lee H.H., Lee J.-W., Kim Y.-S. Non-volatile organic memory based on CdSe nanoparticle/PMMA blend as a tunneling layer // Synthetic Metals. 2011. V. 161. P. 1155–1158.
27. Sun L., Choi J.J., Stachnik D., Bartnik A.C., Hyun B.-R., Malliaras G.G., Hanrath T., Wise F.W. Bright infrared quantumdot light-emitting diodes through inter-dot spacing control // Nature Nanotechnology. 2012. V. 7. P. 369–373.
28. Coe-Sullivan S., Steckel J.S., Woo W.-K., Bawendi M.G., Bulovic V. Large-area ordered quantum-dot monolayers via phase separation during spin-casting // Adv. Funct. Mater. 2005. V. 15. P. 1117–1124.
29. Suarez I., Gordillo H., Abargues R., Albert S., Martinez-Pastor J. Photoluminescence waveguiding in CdSe and CdTe QDs-PMMA nanocomposite films // Nanotechnology. 2011. V. 22. P. 435208.
30. Reitinger N., Hohenau A., Kostler S., Krenn J.R., Leitner A. Radiationless energy transfer in CdSe/ZnS quantum dot aggregates embedded in PMMA // Phys. Status Solidi A. 2001. V. 208. № 3. P. 710–714.
31. Chen C.-J., Lin C.-C., Lien J.-Y., Wang S.-L., Chiang R.-K. Preparation of quantum dot/polymer light conversion films with alleviated Forster resonance energy transfer redshift // J. Mater. Chem. C. 2015. V. 3. P. 196–203.
32. Necas D., Klapetek P. Gwyddion: An open-source software for SPM data analysis // Cent. Eur. J. Phys. 2012. V. 10(1). P. 181–188.
33. Evchuk I.Yu., Musii R.I., Makitra R.G., Pristanskii R.E. Solubility of polymethyl methacrylate in organic solvents // Russian J. Appl. Chem. 2005. V. 78. № 10. P. 1576–1580.
34. Hwang E., Smolyaninov I.I., Davis C.C. Surface plasmon polariton enhanced fluorescence from quantum dots on nanostructured metal surfaces // Nano Lett. 2010. V. 10. P. 813–820.