Флуоресцентный блинкинг квантовых точек

Оптическая микроскопия единичных квантовых точек показала, что им присуще «мерцающее» поведение, когда точка случайно-периодически переходит из люминесцирующего состояния (on-состояние) в темное состояние (off-состояние). Это объясняется тем, что после фотовозбуждения электрон-дырочной пары один из носителей заряда может быть инжектирован в окружение нанокристалла, а в результате квантовая точка оказывается заряженной, с чем исвязано отсутствие люминесценциив off-состоянии. На рис. приведены типичные примеры мерцания квантовых точек, наблюдающиеся в эксперименте.

Типичные временные трейсы флуоресцентного мерцания КТ CdSe/ZnS при комнатной температуре (a) и 10 К (b). Выделенные области демонстрируют схожесть природы мерцания при 10 К и комнатной температуре на различных масштабах времени.

Исходя из гипотезы о том, что заряженная КТ не люминесцирует, можно предположить 4 возможных механизма для перехода КТ обратно в люминесцирующее состояние (рис. a-d). В предложенной модели после возбуждения лазером с постоянной длиной волны и образования экситона, электрон или дырка этого экситона локализуется возле поверхности КТ, отрываясь от делокализованного носителя заряда, оставшегося внутри ядра КТ. Вслед за этой локализацией заряда или ионизацией (1) нелокализованный носитель заряда также может быть локализован, что приводит, в конечном счете, к нейтральному ядру КТ. Если в окружении КТ есть заряды после процесса (1), тогда после последовательной ионизации заряд, локализованный в окружении КТ может релаксировать обратно в ядро КТ, рекомбинируя с нелокализованным носителем заряда (2). Другой вариант развития событий предполагает, что кулоновское взаимодействие может вызывать частичную переорганизацию локализованных носителей заряда, присутствующих в окружении КТ даже после такой релаксации заряда обратно в ядро и рекомбинации с исходным нелокализованным зарядом (3). Механизмы 1-3 создают поверхностный диполь и приводят к изменениям в локальном электрическом поле. Однако модель не требует обязательного спектрального сдвига после каждого мигания. Если темный период начался и закончился локализацией и возвращением одного заряда без реорганизации зарядов окружения нанокристалла (4), частота эмиссии не изменится. Все изменения в частоте эмиссии согласно этому механизму будут связаны с термическим возбуждением, и будут наблюдаться только малые спектральные сдвиги.

Четыре возможных механизма корреляции между спектральным сдвигом и мерцанием КТ

Вероятностное распределение off-интервалов для единичной КТ CdSe/ZnS при комнатной температуре показано на рис. Данное распределение с хорошей точностью описывается степенным законом вприведенном интервале времен (~10³ с):

P(t) = At ^–α

Нормализованное вероятностное распределение off-интервалов для одной КТ CdSe () и усреднение по 39 КТ CdSe (). Прямая линия – результат аппроксимации с показателем степени -1,5. На вставке показано распределение показателя степени при аппроксимации 39 КТ степенным законом.

Почти все индивидуальные КТ также показывают степенное распределение вероятности с подобным показателем экспоненты (α ~ 1.5 ± 0.1). Гистограмма значений. для индивидуальных КТ показана на врезке рис. Универсальность этой статистики говорит о том, что статистика для off-интервалов не чувствительна к различным характеристикам каждого нанокристалла (размер, форма, дефекты, окружение). Первые эксперименты при комнатной температуре показали, что подобная статистика мерцания также наблюдается в КТ CdTe и это степенное распределение не является особенностью КТ CdSe.

ПРИМЕНЕНИЕ КОЛЛОИДНЫХ КВАНТОВЫХ ТОЧЕК

Квантовые точки имеют большой потенциал практического применения. В первую очередь это связано с возможностью контролировать варьировать эффективную ширину запрешенной зоны при изменении размера. При этом будут изменяться оптичекие свойства системы: длина волны люминесценции, область поглощения. Другой практичеки важной особенностью квантовых точек является способность существовать в виде золей (растворов). Это позволяет легко получать покрытия из пленок квантовых точек дешевыми методами, например spin-coating, или наносить квантовые точки с помощью струйной печати на любые поверхности. Все эти технологии позволяют избежать при создании устройств на основе квантовых точек дорогих вакуумных технологий, традиционных для микроэлектронной техники. Также за счет растворных технологий возможно возможно вводить квантовые точки в подходящие матрицы и создавать композитные материалы. Аналогом может являться ситуация с органическими люминесцентными материалами, которые используются для создания светоизлучающих устройств, что привело к буму в технологии светодиодов и возникновению так называемых OLED.