CdSe半導(dǎo)體量子點的非線性光學(xué)性質(zhì)和超快動力學(xué)的研究.pdf

1、由于量子尺寸效應(yīng)和表面/界面效應(yīng)，半導(dǎo)體量子點具有許多體材料所不具備的物理和化學(xué)性質(zhì)。CdSe體材料的激子Bohr半徑較大(約5nm)，一般尺寸的CdSe納米微粒即表現(xiàn)出很強的量子尺寸效應(yīng)。另外，CdSe是直接帶隙半導(dǎo)體，具有較高的發(fā)光效率，并且能帶結(jié)構(gòu)簡單。因而CdSe量子點是用于研究半導(dǎo)體納米材料光學(xué)特性的代表。目前，CdSe量子點的尺度已經(jīng)能夠得到精確的控制，通過改變量子點的尺寸，其發(fā)射波長可以覆蓋很大光譜范圍，進而應(yīng)用在生物標記

2、和熒光顯示等領(lǐng)域。因此CdSe量子點成為廣大科學(xué)工作者關(guān)注的熱點。 本論文通過吸收光譜、熒光光譜、飛秒雙色(400nm/800nm)泵浦-探測(pump-probe)和皮秒時間分辨熒光光譜(TRPL)技術(shù)對一系列的CdSe半導(dǎo)體量子點的光學(xué)性質(zhì)和超快動力學(xué)特性進行了系統(tǒng)的研究。通過對不同尺寸、不同結(jié)構(gòu)量子點的實驗結(jié)果的比較，分析了量子尺寸效應(yīng)和表面/界面效應(yīng)對光學(xué)性質(zhì)和超快動力學(xué)特性的影響。取得的主要成果有： 1.利用高

3、斯函數(shù)和洛侖茲函數(shù)對熒光光譜進行擬和，發(fā)現(xiàn)熒光光譜并非完全對稱，長波一側(cè)的強度明顯高于短波一側(cè)。分析其原因有：(1)表面缺陷態(tài)的發(fā)光：(2)自吸收現(xiàn)象；(3)隧穿效應(yīng)使小量子點的能量向大量子點轉(zhuǎn)移。 2.熒光峰相對于吸收峰存在紅移現(xiàn)象，紅移量隨尺寸的減小而增加，利用簡單的三能級模型能很好的解釋這個現(xiàn)象；表面修飾完善的CdSe/ZnS核/殼結(jié)構(gòu)的量子點的吸收峰和發(fā)射峰相對于同尺寸的單量子點也存在紅移現(xiàn)象。 3.利用光學(xué)克爾

4、效應(yīng)(OKE)研究了CdSe量子點的三階非線性光學(xué)響應(yīng)。我們得到的三階非線性光學(xué)極化率χ(3)的數(shù)值在1.0-3.4×10-14 esu范圍。 同時，利用超外差-光學(xué)克爾效應(yīng)，我們還研究了該類量子點的χ(3)的實部。 4.用飛秒雙色pump-probe技術(shù)和皮秒時間分辨熒光技術(shù)研究了CdSe量子點的超快動力學(xué)過程。結(jié)果表明CdSe量子點的激發(fā)態(tài)弛豫有兩個過程，快過程與量子點尺寸沒有明顯依賴關(guān)系，而慢過程的時間常數(shù)隨著尺寸的減小而