Университет ИТМО Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики

Исследование модификации оптических откликов полупроводниковых и металлических наночастиц при их взаимодействии в упорядоченных ансамблях

Руководитель: Ушакова Е.В.

Участники: Черевков С.А., Волгина Д.А., Кормилина Т.К.

Формулировка решаемой проблемы           

В последнее десятилетие основной задачей современного материаловедения является создание новых материалов с заданными и управляемыми свойствами. Такой возможностью обладают наноструктурированные материалы, основанные на ансамблях элементов с характерными размерами от нескольких нанометров до нескольких десятков нанометров. В качестве структурных элементов могут выступать наночастицы (НЧ) как полупроводниковые, так и металлические. Одним из классов наноструктурированных материалов являются объемные упорядоченные ансамбли НЧ, называемые суперкристаллами. Такие суперструктуры уникальны, так как сочетают в себе свойства, как индивидуальных НЧ, так и их упорядоченного ансамбля. Самым распространенным методом инжениринга суперструктур из НЧ является метод их самоорганизации на подложке. При этом могут быть получены наноструктурированные материалы с различной симметрией и взаимным расположением частиц в структуре. Последний параметр является очень важным для управления и улучшения оптоэлектронных свойств таких материалов для их дальнейшего применения в устройствах фотовольтаики и сенсорики, так как взаимодействие наночастиц между собой в большей степени определено их пространственным распределением, в частности, расстоянием до ближайших соседей. Несмотря на то, что данная тема исследования является актуальной для материаловедения и практических применений, вопрос о модификации оптических откликов полупроводниковых и металлических наночастиц при их взаимодействии в упорядоченных ансамблях остается открытым. Необходимо установить закономерности переноса энергии фотовозбуждения и усиления оптических откликов полупроводниковых нанокристаллов вблизи металлических наночастиц в их упорядоченных ансамблях.

Кроме практического и материаловедческого интереса данной темы исследования установление закономерностей взаимодействия и передачи энергии фотовозбуждений между компонентами суперструктуры открывает новые горизонты в развитии таких современных направлений фундаментальной физики, как нанооптика и наноплазмоника, основанных на манипуляции параметрами ближнепольных электромагнитных полей.

Целью проекта является установление физических принципов модификации оптических откликов полупроводниковых и металлических наночастиц при формировании суперструктур с заданной морфологией путем их самоорганизации на диэлектрических подложках.

Научный задел

По тематике проекта получены следующие предварительные результаты:

·                    разработан протокол замены органической оболочки на молекулы олеиновой кислоты для нанокристаллов (НК) селенида кадмия (CdSe) с размером 4.0 нм для создания суперструктур на подложке. Успешная процедура замены подтверждается спектральным анализом образцов НК с различной оболочкой в ИК области спектра (Рис.1(а));

·                    разработана методика нанесения CdSe НК на диэлектрическую подложку;

·                    был получен тестовый образец суперструктур из CdSe НК диаметром 4.0 нм, изображение которого приведено на Рис.1(б);


1a.jpg1b.jpg

Рис.1 – (а) ИК-спектры CdSe НК с органической оболочкой из молекул ТОФО (кривая 1) и олеиновой кислоты (кривая 2); (б) микрофотография тестового образца суперструктуры из CdSe НК


·                    продемонстрирована возможность получения спектров поглощения и люминесценции ансамблей НК на подложке (Рис.2(а));

·                    получены предварительные результаты исследования кинетических параметров люминесценции CdSe НК, диспергированных в тетрахлорметане и нанесенных на подложку (Рис.2(б)).


2a.jpg2b.jpg

Рис. 2. – (а) Спектры поглощения и люминесценции суперструктуры и (б) кривые затухания люминесценции CdSe НК в растворе тетрахлорметана (кривая 1) и полученной из них суперструктуры (кривая 2)

Полученные предварительные данные опубликованы в следующих работах:

1.         Ushakova E. V. et al. (2016) Optics Express. 24(2) A58;

2.         Volgina D. A. et al. (2016) Journal of Physics: Conference Series, 741, 012021.


Контактная информация

199034, Россия, Санкт-Петербург, Биржевая линия В.О., д. 14
Телефон: +7 812 457 17 80
E-mail: opmns@corp.ifmo.ru
Сотрудники

© 2012-2017 Кафедра ОФиСЕ, Университет ИТМО. Все права защищены.