Коллоидные атомно-тонкие квантовые ямы на основе соединений А2В 6

Abstract

Двумерные (2D) полупроводники обладают уникальными электронными свойствами, возникающими из-за атомно-тонкой толщины и двумерной электронной структуры. В последнее время большой интерес привлекают коллоидные квазидвумерные наночастицы A 2B 6 , выращенные химическими растворными методами. Эти системы характеризуются рекордно узкими полосами люминесценции и поглощения, коротким временем жизни носителей заряда и большим сечением поглощения, что делает их идеальными материалами для создания светоизлучающих элементов, фотодетекторов и лазеров. В настоящем докладе обсуждается коллоидные атомно-тонкие нанолисты полупроводников на основе халькогенидов кадмия, включая подходы к растворному росту, особенности кристаллической структуры и оптических свойств. Данные наночастицы иначе называются коллоидными квантовыми ямами (quantum wells). Для роста данных атомно-тонких нанолистов был разработан метод синтеза в коллоидных растворах в температурном диапазоне 110-250°С [1]. Подбор условий позволил вырастить предельно тонкие нанолисты с толщиной толщину 1-2 нм (4 – 7 монослоев) и латеральными размерами до 1 мкм. Подробное исследование с использованием методов HRTEM, HAADF-STEM, SAED, XRD показало совершенную кристаллическую структуру. На рис.1а показаны плоские листы CdTe с размерами порядка 200 нм со структурой цинковой обманки с направлением [001], нормальным к плоскости листа. Было показано, что нанолисты CdTe спонтанно сворачиваются при замене олеиновой кислоты тиолами (рис 1b), формируя многостенные свертки [2]. Сворачивание происходит вдоль направления [110], при этом сохраняется монокристальный характер листов. Это индуцирует красный сдвиг экситонных полос с одновременным их уширением с сохранением двумерные оптические свойства. Механизм сворачивания связан с кооперативным эффектом лигандов на поверхности. В оптических спектрах наблюдаются узкие экситонные полосы с шириной 5-8 нм [3], спектральное положение которых определяется толщиной нанолистов. Возможность контроля толщины с точностью до 1 монослоя позволяет прецизионно задавать спектральное положение полос поглощения и люминесценции. Двумерный характер электронных свойств приводит к появлению полос в УФ спектральной области в дополнение к экситонным полосам в видимой области. Основной вклад в высокоэнергетические оптические переходы дают X и M точки 2D зоны Бриллюэна, происходящие из L и X точек 3D зоны Бриллюэна.