Charakterystyka rozkładu wielkości nanokryształów za pomocą spektroskopii Ramana z wielocząsteczkowym modelem uwięzienia fononów

Summary

Pokazujemy, jak określić rozkład wielkości nanokryształów półprzewodnikowych w sposób ilościowy za pomocą spektroskopii Ramanowskiej, wykorzystując analitycznie zdefiniowany model uwięzienia wielocząsteczkowych fononów. Uzyskane wyniki są doskonale zgodne z innymi technikami analizy wielkości, takimi jak transmisyjna mikroskopia elektronowa i spektroskopia fotoluminescencyjna.

Abstract

Analiza rozkładu wielkości nanokryształów jest krytycznym wymogiem dla przetwarzania i optymalizacji ich właściwości zależnych od wielkości. Powszechnie stosowanymi technikami analizy wielkości są transmisyjna mikroskopia elektronowa (TEM), dyfrakcja rentgenowska (XRD) i spektroskopia fotoluminescencyjna (PL). Techniki te nie nadają się jednak do analizy rozkładu wielkości nanokryształów w szybki, nieniszczący i jednocześnie niezawodny sposób. Naszym celem w tej pracy jest wykazanie, że rozkład wielkości nanokryształów półprzewodnikowych, które podlegają zależnym od wielkości efektom uwięzienia fononów, można ilościowo oszacować w nieniszczący, szybki i wiarygodny sposób za pomocą spektroskopii Ramana. Co więcej, mieszane rozkłady wielkości mogą być oddzielnie sondowane, a ich odpowiednie stosunki objętościowe można oszacować za pomocą tej techniki. Aby przeanalizować rozkład wielkości, sformowaliśmy analityczne wyrażenie jednocząsteczkowego PCM i rzutowaliśmy je na ogólną funkcję rozkładu, która będzie reprezentować rozkład wielkości analizowanego nanokryształu. W ramach eksperymentu modelowego przeanalizowaliśmy rozkład wielkości wolnostojących nanokryształów krzemu (Si-NC) z multimodalnymi rozkładami wielkości. Szacowane rozkłady wielkości są doskonale zgodne z wynikami TEM i PL, co świadczy o wiarygodności naszego modelu.

Introduction

Nanokryształy półprzewodnikowe przyciągają uwagę, ponieważ ich właściwości elektroniczne i optyczne można po prostu dostroić, zmieniając ich rozmiar w zakresie w porównaniu do odpowiednich promieni ekscytonu-Bohra. ¹ Te unikalne cechy zależne od wielkości sprawiają, że nanokryształy te są odpowiednie dla różnych zastosowań technologicznych. Na przykład efekty namnażania nośników, obserwowane, gdy foton o wysokiej energii jest absorbowany przez nanokryształy CdSe, Si i Ge, można wykorzystać w koncepcji konwersji widma w zastosowaniach ogniw słonecznych; ^W zastosowaniach diod elektroluminescencyjnych (LED) można stosować emisję optyczną 2^–

Protocol

1. Planowanie eksperymentów

1. Zsyntetyzować lub otrzymać interesujące nas nanokryształy¹³ (ryc. 1a).
2. Unikaj pomyłek z sygnałem tła, upewniając się, że materiał podłoża nie ma nakładających się pików w widmie Ramana nanokryształów (rysunek 1a).
3. Włącz laser w konfiguracji spektroskopii Ramana. Odczekaj wystarczająco dużo czasu (około 15 minut), aby intensywność lasera się ustabilizowała.
4. Zmierz masowe odniesienie nanomateriału, który ma być poddany analizie¹² (rysunek 1b), postępując zgodnie z etapami pomiaru opisanymi w kroku 2. Na podstawie pozycji piku mat....

Results

Do korzystania ze spektroskopii Ramana jako narzędzia do analizy rozmiaru, potrzebny jest model do wydobywania informacji związanych z rozmiarem z mierzonego widma Ramana. Rysunek 2 podsumowuje analityczny model uwięzienia wielocząsteczkowych fononów. ¹² Zależna od wszystkich wielkości funkcja uwięzienia fononów (rysunek 2c) jest rzutowana na ogólną funkcję rozkładu wielkości (rysunek 2

Discussion

Pierwszym punktem dyskusji są kluczowe kroki w ramach protokołu. Aby szczyty nie pokrywały się z materiałem będącym przedmiotem zainteresowania, ważne jest, aby użyć innego rodzaju materiału podłoża, jak wspomniano w kroku 1.2. Na przykład, jeśli interesujące są Si-NC, nie używaj podłoża krzemowego do pomiarów Ramana. Na przykład na rysunku 1a Si-NC zsyntetyzowano na podłożach z pleksi, które mają całkowicie płaski sygnał mniej więcej w zakresie zainteresowania, tj.<.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Spektroskopia Ramana	Renishaw	In Via	Wyposażony w laser arionowy 514 nm
Drut 3.0	Narzędzie do zapisu spektroskopii ramanowskiej	Renishaw
Mathematica	Wolfram		Do dopasowania, funkcji i określania rozmiaru
Podłoże			Pleksiglas (aby uniknąć zbieżności sygnału z Si-NCs)
Wafel			SiOdniesienie do pozycji piku Si-NC
Spektroskopia			334 nm Ar laser. Do optycznego rozkładu wielkości.
Transmisyjna mikroskopia elektronowa			Natężenie wiązki 300 kV. Do określania wielkości i morfologii nanokryształów.