Оптические свойства полупроводниковых наноматериалов

Квантоворазмерные эффекты и их проявления

В полупроводниковых наночастиц (квантовых точках) при уменьшении размера ниже длины когерентности носителей заряда происходит квантовое ограничение, которое приводит к дискретизации энергетических уровней.

• Изменение ширины запрещённой зоны (запрещённой зоны): при уменьшении размера наночастицы ширина запрещённой зоны увеличивается по сравнению с объемным материалом.
• Красный и синий сдвиги: смещение спектра поглощения и люминесценции в сторону более высоких энергий (синий сдвиг) с уменьшением размера частицы.

Спектральные свойства и фотолюминесценция

• Узкие и яркие спектры излучения, настраиваемые изменением размера и состава наночастиц.
• Высокий квантовый выход люминесценции, что важно для применения в светодиодах, лазерах и биомаркерах.

Влияние формы и поверхности

• Поверхностные дефекты и несвязанные связи создают ловушки для носителей заряда, что может приводить к снижению эффективности люминесценции.
• Покрытие наночастиц оболочками из других материалов (например, ZnS вокруг CdSe) снижает влияние дефектов и повышает стабильность и яркость свечения.

Нелинейные оптические свойства

• Усиление нелинейных эффектов (таких как нелинейное поглощение, гармоническое излучение) благодаря квантовым эффектам и высокой удельной поверхности.
• Применение в фотонике и оптических коммуникациях.

Техника синтеза

• Коллоидный синтез с контролем размера и морфологии.
• Молекулярно-связанный эпитаксиальный рост (MBE) для создания гетероструктур с тонко настроенными оптическими свойствами.

Практические применения

• Биомедицинская визуализация и маркировка.
• Оптоэлектроника — светодиоды, солнечные элементы.
• Квантовые вычисления и фотонные устройства.