Fluorescenční přerušovanost v koloidních nanokrystalech - Fluorescence intermittency in colloidal nanocrystals

Blikající koloidní nanokrystaly je jev pozorovaný během studií jednotlivých koloidních nanokrystalů, které ukazují, že náhodně mění svoji fotoluminiscence zapínat a vypínat i při trvalém osvětlení.[1]Toto bylo také popsáno jako světélkování přerušovanost.[1]Podobné chování bylo pozorováno u krystalů vyrobených z jiných materiálů. Například tento účinek vykazuje také porézní křemík.[1]

Koloidní nanokrystaly

Koloidní nanokrystaly jsou novou třídou optické materiály které v podstatě tvoří novou formu hmoty, kterou lze považovat za „umělé atomy“. Stejně jako atomy mají diskrétní optiku energetická spektra které lze ladit v širokém rozsahu vlnových délek. Požadované chování a přenos přímo korelují s jejich velikostí. Pro změnu emitované vlnové délky se krystal zvětšuje nebo zmenšuje. Touto metodou lze řídit jejich elektronické a optické vlastnosti. Například pro změnu emise z jedné viditelné vlnové délky na jinou jednoduše použijte větší nebo menší pěstovaný krystal. Tento proces by však nebyl účinný v konvenčním provedení polovodiče jako galium arsenid.[2]

Velikost nanokrystalů řídí široce laditelné absorpční pásmo což má za následek široce laditelné emisní spektra. Tato laditelnost v kombinaci s optickou stabilitou nanokrystalů a velkou chemickou flexibilitou v růstu nanokrystalů vedly k dnes rozšířeným aplikacím nanokrystalů. Praktické aplikace zařízení se pohybují od nízkoprahové lasery na solární články a biologické zobrazování a sledování.[3][4]

Náhodné chování

Reprezentace nanokrystalů jádro-plášť

Studie jednotlivých koloidních nanokrystalů ukazují, že náhodně mění své fotoluminiscence zapíná a vypíná i při nepřetržitém osvětlení. To má tendenci bránit pokroku inženýrům a vědcům, kteří studují jednotlivé koloidní nanokrystaly a snaží se použít jejich fluorescenční vlastnosti pro biologické zobrazování nebo lasování.[3]

Mrknutí nanokrystalů bylo poprvé hlášeno v roce 1996. Objev byl neočekávaný. Konsenzus je, že blikání nastává, protože mohou být nabity osvětlené nanokrystaly (nebo ionizovaný ), a poté neutralizován. Za normálních podmínek, kdy je nanokrystal neutrální, a foton vzrušuje a pár elektron-díra, který se poté rekombinuje, vyzařuje další foton a vede k fotoluminiscenci. Tento proces se nazývá radiační rekombinace. Pokud je však nanokrystal krystalován, další nosič spouští proces zvaný neradiační Šneková rekombinace, kde se energie excitonu přenáší na další elektron nebo díru. Augerova rekombinace probíhá řádově rychleji než radiační rekombinace. Fotoluminiscence je tedy téměř úplně potlačena v nabitých nanokrystalech. Vědci stále plně nerozumí původu procesu nabíjení a neutralizace. Jeden z fotoexcitovaných nosičů (elektron nebo otvor) musí být vysunut z nanokrystalu. V pozdější době se vysunutý náboj vrací do nanokrystalů (obnovení neutrality náboje a tedy radiační rekombinace). Podrobnosti o tom, jak tyto procesy stále probíhají, nejsou objasněny.[3]

Řešení

Vědci se pokoušejí odstranit problém blikajících nanokrystalů. Jedním běžným řešením je potlačení ionizace nanokrystalů. Toho lze dosáhnout například pěstováním velmi silné polovodičové skořepiny kolem jádra nanokrystalů. Mrkání však bylo omezeno, nikoli odstraněno, protože základní procesy odpovědné za blikání - neradiační Augerova rekombinace - byly stále přítomny.[3][5]

Charakterizace

Jedna metoda studia se pokouší charakterizovat blikající chování studiem jednotlivých krystalů nebo jednotlivých kvantových teček. Spolu s videozařízením je použit výkonný mikroskop. Jiná metoda využívá soubory nebo velké množství kvantových teček a rozvíjí statistické informace.[6][7]

Reference

  1. ^ A b C Krauss, Todd; Brus, Louis (1999). „Nabíjení, polarizovatelnost a fotoionizace jednovodičových nanokrystalů“ (Stažení PDF zdarma). Dopisy o fyzické kontrole. 83 (23): 4840. Bibcode:1999PhRvL..83,4840K. doi:10.1103 / PhysRevLett.83.4840. Citováno 2012-09-15.
  2. ^ Cartwright, Jon (10. května 2009). „Nanokrystaly přestanou blikat“. Chemický svět. Royal Society of Chemistry. Citováno 2012-08-20.
  3. ^ Bruchez Jr., M .; Moronne, M; Gin, P; Weiss, S; Alivisatos, AP (1998). „Polovodičové nanokrystaly jako fluorescenční biologické štítky“ (stažení PDF zdarma). Věda. 281 (5385): 2013–6. Bibcode:1998Sci ... 281.2013B. doi:10.1126 / science.281.5385.2013. PMID  9748157.
  4. ^ Xiaoyong Wang a Xiaofan Ren, Keith Kahen, Megan A. Hahn, Manju Rajeswaran, Sara Maccagnano-Zacher, John Silcox, George E. Cragg, Alexander L. Efros a Todd Krauss„Neblikající polovodičové nanokrystaly“. Fotofyzika kvantových teček a nanostruktur II. Optics InfoBase: The Optical Society. 11. října 2009. Citováno 2012-08-20.
  5. ^ Pelton, Matthew; Grier, David G .; Guyot-Sionnest, Philippe (1970). "Charakterizace blikání kvantových teček pomocí šumových výkonových spekter". Aplikovaná fyzikální písmena. 85 (5): 819. arXiv:cond-mat / 0404589. Bibcode:2004ApPhL..85..819P. doi:10.1063/1.1779356.
  6. ^ Koppes, Steve (19. srpna 2004). „Byla vyvinuta nová metoda pro měření blikajících nanokrystalů“. The University of Chicago Chronicle. Sv. 23 č. 20. Citováno 2012-08-24

externí odkazy