Luận văn nghiên cứu đo đạc đặc trưng phát xạ của đơn hạt quantum dots

PHẦN MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Công nghệ nano mở ứng dụng to lớn hầu hết ngành khoa học tự nhiên thực tiễn Một khía cạnh hấp dẫn hữu ích vật liệu nano tính chất quang chúng Các ứng dụng dựa tính chất quang học vật liệu nano bao gồm đầu thu quang học, laser, cảm biến, ảnh, hiển thị, tế bào lượng mặt trời, quang xúc tác, quang hóa điện tử (photoelectrocheistry), y sinh, mã hóa thông tin lượng tử, Sự phụ thuộc tính chất quang vào kích thước, hình dáng, tính chất bề mặt, kiểu cấu trúc nano đặc điểm quan trọng vật liệu nano Điển hình vật liệu bán dẫn thấp chiều như: giếng lượng tử (quantum wellsQWRs), dây lượng tử (quantum wires-QWRs), chấm lượng tử (quantum dots – QDs) hay hạt nano kim loại như: hạt nano vàng (gold nanopaticles – GNPs), hạt nano bạc (silver nanoparticles-SNPs), … Cũng giới, nhà khoa học Việt Nam quan tâm đầu tư vào nghiên cứu vật liệu Một phương pháp để tổng hợp loại vật liệu nói phương pháp hóa học Tại Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, chấm lượng tử CdTe, CdSe hạt nano vàng tổng hợp dạng keo (colloidal), phân tán tốt dung môi bọc chất hoạt động bề mặt phù hợp Các phương pháp quang phổ sử dụng rộng rãi việc nghiên cứu tính chất quang học vật liệu khác bao gồm vật liệu nano Những phương pháp thường dựa phép đo hấp thụ, tán xạ phát xạ ánh sáng có chứa thơng tin tính chất vật liệu Những phổ kế thường sử dụng phân tích quang phổ như: phổ kế hấp thụ (UV-vis), kế quang phát quang (photoluminescence-PL), kế hấp thụ hồng ngoại (IR), tán xạ Raman, tán xạ động học, hệ đo quang phổ phân giải thời gian Những phương pháp cung cấp thơng tin khác tính chất vật liệu Một phương pháp quang phổ quan trọng hàng đầu quang phổ phân giải thời gian Các phép đo quang phổ phân giải thời gian sử dụng rộng rãi, cho ta nhiều thông tin so với liệu từ quang phổ trạng thái dừng Phép đo thời gian sống phát quang qua phương pháp quang phổ phân giải thời gian có ý nghĩa quan trọng nghiên cứu số q trình động học trạng thái kích thích vật liệu Có hai phương pháp đo huỳnh quang phân giải thời gian phương pháp đo miền tần số phương pháp đo miền thời gian Kỉ thuật đếm đơn photon tương quan thời gian ki thuật phổ biến phương pháp đo miền thời gian Tại Việt Nam, phép đo thời gian sống phát quang thực hệ đo phát triển Viện Khoa học Vật liệu Trung tâm Điện tử Lượng tử, Viện Vật lý Tuy nhiên hệ đo dựa kỉ thuật đo tương tự, kỉ thuật đơn giản cho độ phân giải khơng cao Do đó, phép đo thời gian sống phát quang thường thực phịng thí nghiệm liên kết nước ngồi Xuất phát từ thực tiễn nghiên cứu nước Trung tâm Điện tử Lượng tử, Viện Vật lý, trung tâm nghiên cứu quang phổ hàng đầu Việt Nam Đó nhu cầu sử dụng phương pháp quang phổ phân giải thời gian nghiên cứu quang phổ, nghiên cứu quang phổ vật liệu nano Chúng nghiên cứu, thiết kế xây dựng thành công hệ đo thời gian sống phát quang kỉ thuật đếm đơn photon tương quang thời gian (timecorrelated single photon counting-TCSPC) với độ phân giải 300 pico giây Với đối tượng nghiên cứu vật liệu nano, lựa chọn vật liệu chấm lượng tử CdTe/CdS hạt nano vàng Chúng sử dụng hệ TCSPC đo thời gian sống exciton chấm lượng tử CdTe/CdS bước sóng phát xạ nồng độ khác dung môi NỘI DUNG NGHIÊN CỨU  Chương Tổng quan chấm lượng tử, chế đặc trưng phát xạ  Chương Phương pháp quang phổ đo đạc đơn hạt nano  Chương Đo đạc phát quang từ đơn hạt chấm lượng tử hiệu ứng chống bó PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CHẤM LƯỢNG TỬ, CƠ CHẾ VÀ ĐẶC TRƯNG PHÁT XẠ 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CHẤM LƯỢNG TỬ Chấm lượng tử vật liệu bán dẫn có kích thước nhỏ, dao động từ vài trăm tới vài ngàn nguyên tử Đường kính chấm lượng tử khoảng từ ~ 10 nm, nguyên tử kích thước còn giữ vài tính chất vật liệu khối, đồng thời có tính chất cấu trúc nguyên tử phân tử Trong chất bán dẫn, chấm lượng tử tồn hai tính chất tính chất điện tính chất quang Trong chất bán dẫn tồn độ rộng vùng cấm lớn rào cản hai vùng hóa trị vùng dẫn, độ rộng hay hẹp rào cản phụ thuộc vào thành phần hình thành nên vật liệu Khơng giống phần đa chất bán dẫn, độ rộng vùng cấm chấm lượng tử còn phụ thuộc vào kích thước Chấm lượng tử có kích thước nhỏ mức lượng phát lớn ngược lại, điều khiến điều chỉnh bước sóng bằng cách điều chỉnh kích thước hạt, hình vẽ ta thấy rằng hạt nhỏ màu sắc dần tiến màu sắc vùng có bước sóng ánh sáng màu xanh, còn kích thước hạt lớn màu sắc tiến vùng có chứa bước sóng ánh sáng màu đỏ Hình 1.1 màu sắc ánh sáng phụ thuộc vào kích thước hạt Các tính chất quang vật liệu nano phụ thuộc vào thơng số kích thước, hình dáng, tính pha tạp, tương tác với môi trường xung quanh dạng cấu trúc nano Một ví dụ điển hình dịch bước sóng xanh ( blueshift) phổ hấp thụ phát xạ hạt nano bán dẫn (QDs) kích thước hạt giảm dần, đặc biệt kích thước đủ nhỏ Hình 1.1 cho thấy phổ hấp thụ màu sắc hạt nano có kích thước khác chấm lượng tử CdTe Hình 1.2 Phổ hấp thụ (trái) phổ phát xạ (phải) chấm lượng tử CdTe bọc TGA (thiolglycolic acid) dung môi H2O Màu sắc chấm lượng tử thay đổi từ đỏ đến xanh ứng với giảm dần kích thước trung bình chấm lượng tử Tương tự vậy, hình dạng kích thước ảnh hưởng đáng kể đến tính chất quang hạt nano kim loại Hình 1.3 rõ phổ hấp thụ màu sắc hạt vàng hình cầu rỗng với thay đổi đường kính độ dày hạt Ta thấy rằng, bằng cách kiểm sốt kích thước vật lý, tạo cấu trúc nano vàng với phổ hấp thụ bao gồm từ vùng nhìn thấy tới hồng ngoại gần Các ví dụ cho thấy tính chất quang phong phú hấp dẫn mà vật liệu nano đem lại Thật vậy, tính chất quang thể hiệntrênkích thước nano kim loại, chất bán dẫn thuộc tính khai thác thực hữu ích cho ứng dụng cơng nghệ Đây hai loại vật liệu nano nhà khoa học Việt Nam quan tâm chế tạo thành công bước đầu đưa vào ứng dụng thử nghiệm Hình 1.3 (a) Phổ hấp thụ hạt nano vàng dạng cầu rỗng (hollow gold nanosphere - HGN) với đường kính và độ dày khác (b) Màu sắc dung dịch hạt nano vàng thay đổi ứng với thay đổi đường kính và độ dày hạt (hai lọ bên trái hạt vàng dạng cầu đặc) Chấm lượng tử CdTe cấu trúc exciton biên vùng Hình 1.4 cho ta thấy phụ thuộc phổ hấp thụ phát xạ lên kích thước chấm lượng tử Sự phụ thuộc hiệu ứng kích thước lượng tử hệ bán dẫn thấp chiều giếng lượng tử (quantum wells), dây lượng tử (quantum wires) chấm lượng tử (quantum dots) Hình 1.4 Hàm mật độ trạng thái chất bán dẫn khối (3D), giếng lượng tử (2D), dây lượng tử (1D) chấm lượng tử (0D) Khi kích thước theo chiều vật liệu giảm xuống tới thang nm (< 100 nm), hàm mật độ trạng thái ( density of state-DOS) vật liệu bán dẫn có thay đổi rõ rệt Hàm DOS vật liệu bán dẫn khối có dạng gần theo hàm lũy thừa 1/2 lượng Với giếng lượng tử, hàm DOS có dạng gần theo hàm constant Với dây lượng tử, hàm DOS có dạng gần theo hàm lũy thừa -1/2 lượng Với chấm lượng từ, hàm DOS có dạng gần theo hàm delta-dirac lượng Chấm lượng tử tinh thể bán dẫn có kích thước nano mét chiều Các mức lượng chấm lượng tử bị lượng tử hóa, tách rời giống mức lượng nguyên tử (hình 1.5) Khoảng cách mức lượng lượng vùng cấm chấm lượng tử tăng theo giảm dần kích thước 10 Hình 1.5 Cấu trúc vùng lượng của: (a) bán dẫn khối (b) chấm lượng tử Chính lý mà chấm lượng tử có tính chất quang, điện đặc biệt so với chất bán dẫn khối Nhờ chấm lượng tử có ứng dụng to lớn nhiều lĩnh vực quang điện tử, y sinh, thông tin lượng tử, ….Các phương pháp chế tạo chấm lượng tử phương pháp eptaxy chùm phân tử, lithography ăn mòn, phương pháp phổ biến để tổng hợp chấm lượng tử dạng keo phương pháp hóa học Năng lượng vùng cấm CdTe thường sử dụng 1.606 eV, bán kính Borh exciton 6.8 nm với lượng liên kết exciton lượng liên kết exciton (năng lượng Rydberg excition) 10 meV Chấm lượng tử CdTe tinh thể CdTe có kích thước ba chiều cỡ nano mét Năng lượng phân tách lượng tử hóa chấm lượng tử CdTe 1.2 QUÁ TRÌNH PHÁT XẠ CỦA CHẤM LƯỢNG TỬ Các phép đo quang phổ huỳnh quang chia thành hai loại: huỳnh quang trạng thái dừng (steady-state) phân giải thời gian (timeresloved) Các phép đo trạng thái dừng, phép đo phổ biến nhất, thực với kích thích quan sát liên tục Mẫu kích thích với chùm sáng chiếu liên tục, cường độ hay phổ phát xạ ghi nhận liên tục Các phép đo phân giải thời gian thường sử dụng để đo suy giảm cường độ 11 suy giảm huỳnh quang dị hướng Đối với phép đo này, mẫu chiếu với xung ánh sáng có độ rộng xung thường ngắn nhiều so với thời gian suy giảm phát quang mẫu (hình 1.6) Sự suy giảm cường độ ghi nhận với hệ thu nhanh, cho phép cường độ huỳnh quang hay suy giảm huỳnh quang dị hướng đo thời gian cỡ nano giây ngắn Hình 1.6 So sánh phép đo quang phổ huỳnh quang trạng thái dừng (trái) quang phổ phân giải thời gian (phải) 1.2.1 Nguyên lý kỹ thuật TCSPC Trong phép đo huỳnh quang phân giải thời gian, yêu cầu ghi lại phụ thuộc vào thời gian dạng đường bao (profile) cường độ tín hiệu huỳnh quang đối tượng nghiên cứu kích thích xung ngắn ánh sáng, thường xung laser Trong nguyên tắc, người ta cố gắng để ghi lại profile đường cong suy giảm theo thời gian cường độ tín hiệu bằng photodiode nhanh hay đầu thu nhanh khác (phương pháp lấy mẫu tương tự) với lấy mẫu tín hiệu chuyển đổi tương tự số có tốc độ cao Tuy nhiên, suy giảm để ghi lại nhanh, huỳnh quang đặc trưng kéo dài vài trăm pico giây đến vài chục nano giây, khó khăn giới hạn hệ điện tử thu tín hiệu Mặt khác, 12 tín hiệu huỳnh quang yếu khơng cho phép ghi nhận trực tiếp bằng phương pháp lấy mẫu tương tự Giải pháp cho vấn đề sử dụng kỉ thuật đếm đơn photon tương quan thời gian (time-correlated single photon counting-TCSPC) Nguyên lý tổng quát kỉ thuật TCSPC mơ tả hình 1.7 Ngun lý dựa phát xạ photon phân bố ngẫu nhiên ứng với hồi phục phát xạ độ tích lũy trạng thái kích thích Trên sở đó, xác định thời gian tới photon tín hiệu chu kỳ xung kích thích, nhớ vào cột thời gian (bin time), xây dựng lại biểu đo cường độ tín hiệu theo thời gian ta thu profile đường cong suy giảm theo thời gian cường độ Hình 1.7 Nguyên lý tổng qt kỉ thuật TCSPC: mợt photon tín hiệu ghi nhận tại chu kỳ xung kích thích, nhớ vào cột thời gian (bin time), dựng lại biểu đồ tín hiệu theo thời gian (histogram) cho profile cường độ Sơ đo tổng quát hệ TCSPC, bao gồm số khối chính: - Nguồn kích thích: thường sử dụng laser pico femto giây có độ định định tốc độ lặp lại cao (từ vài MHz đến vài chục MHz) - Khối đầu thu: Sử dụng ống nhân quang (photonmultiplier tube – PMT) đếm photon, hay ống nhân quang vi kênh (microchannel plate 13 photonmultiplier tube MCP-PMT), photodiode avalanche đếm photon (single photon avalanche diode – SAPD) Các đầu thu đảm bảo xung photon có độ ổn định, thời gian đáp ứng nhanh, nhiễu dòng tối thấp, hệ số khuếch đại lớn - Khối tiền khuếch đại: có độ rộng dải tần lớn, nhiễu nội thấp, phù hợp với tính chất tín hiệu cần đo để nâng cao tỷ số tín hiệu nhiễu SNR - Các khối tách xung photon (discriminator): sử dụng phương pháp tách tín hiệu phần khơng đổi (constant fraction discriminator – CFD) cho phép lấy mẫu tín hiệu nhanh, xác ổn định - Khối chuyển đổi thời gian biên độ (time to amplitude converter – TAC) hay chuyển đổi thời gian số (time to digital converter – TDC): dùng để đo thời gian xung start (tín hiệu) xung stop (so sánh) chuyển đổi từ đại lượng thời gian sang biên độ (voltage) hay sang số để chuyển đưa vào đọc số xử lý tín hiệu - Hệ quang học thu lọc tín hiệu ánh sáng đơn sắc: thường sử dụng hệ thấu kínhhội tụ cho phép hiệu suất thu quang lớn máy đơn sắc phin lọc giaothoa cho phép tín hiệu ánh sáng tới đầu thu đơn sắc - Khối đọc truyền liệu sang máy tính, máy tính xử lý tín hiệu Ex Ultra short Sample Pulse laser Monochrom PD or -ator or CFD Stop pulse PMT TDC PMT TTL Em Amp CFD Reader and communicat ion card Computer Start pulse Hình 1.8 Sơ đồ tổng quát hệ TCSPC 14 ghi truyền liệu thơng qua vi mạch có khả lập trình Khối đọc xử lý liệu card kết nối trực tiếp với máy tính thơng qua khp cắm mở rộng, cổng giao tiếp máy tính Dữ liệu thu xử lý máy tính bằng phần mềm thích hợp cho phép dựng lại biểu đo tín hiệu theo thời gian Hiện card kết nối với máy tính thơng qua chuẩn giao tiếp USB sử dụng rộng rãi kính thước nhỏ gọn, tốc độ truyền liệu cao Các vi mạch có khả lập trình họ vi điều khiển, PIC, DS-PIC hay FPGA  Hệ quang học thu nhận lọc tín hiệu ánh sáng đơn sắc Hệ quang học thu tín hiệu bao gồm thấu kính hội tụ thu tín hiệu ánh sáng Hệ tán sắc phin lọc giao thoa hay máy đơn sắc Hệ thấu kính thu thường gồm hai thấu kính hội tụ, thấu kính có tiêu cự ngắn để thu góc khối tín hiệu ánh sáng lớn nhất, thấu kính có tiêu cự dài dùng để hội tụ tín hiệu vào khe máy đơn sắc Mẫu nghiên cứu đặt tiêu cự thấu kính ngắn, tín hiệu ánh sáng sau qua thấu kính ngắn có dạng chùm song song, thấu kính dài hội tụ tín hiệu vào khe máy đơn sắc thường chọn cho có tiêu cự bằng với tiêu cự gương cầu máy đơn sắc để thị trường gương chứa toàn chùm sáng tín hiệu, điều góp phần tối ưu hiệu suất thu quang (hình 1.16) Ngồi phin lọc quang học thích hợp thay cho máy đơn sắc Hình 1.16 Hệ quang học thu tán sắc tín hiệu ánh sáng 23 1.3 HIỆU ỨNG CHỐNG BÓ- ANTIBUNCHING Hiệu ứng anti-bunching hiệu ứng lượng tử, cho thấy tính chất khác lạ photon so với hạt cổ điển Hàm tương quan bậc hai g(2)(  ) tính tốn từ cường độ huỳnh quang F1(t) F2(t) đo với APD số #1 APD số #2 cấu hình HanBurry Brown-Twiss: g ( ) ( )   F1(t ) F 2(t   )  N  1   (1  e / d )  F1(t ) F 2(t )  N N Với N số hạt nano nằm thể tích (đối tượng) đo tiêu điểm vật kính hiển vi,  d thời gian sống huỳnh quang đơn hạt nano Đối với đơn hạt (N=1) giá trị g ( 2) ( )    tương ứng lượng tử antibunching Với tập hợp nhiều hạt (N>10), hàm tương quan bậc hai g(2)(  ) có giá trị hằng số Sự xuất hiệu ứng antin-bunching hạt nano quantum dot có đặc trưng phát quang giống nguyên tử có hai mức lượng Sau bị kích thích từ trạng thái lên mức lượng cao (tạo cặp điện tử - lỗ trống) hấp thụ photon, hạt nano quantum dot phát xạ photon chuyển rời xuống trạng thái sau khoảng thời gian tương ứng với thời gian sống phát quang  d Hiệu ứng tương tự xảy với đơn phân tử chất màu Do có hai đầu thu APD nhận tín hiệu, tương ứng với hàm g ( 2) ( )    24 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ ĐO ĐẠC ĐƠN HẠT NANO 2.1 HỆ ĐO QUANG PHỔ ĐƠN HẠT NANO Sample Objective Motorized XYZ scanner Dichroic Mirror Mirror BP L1 Pinhle1 L2 IF L3 Pinhle2 L4 APD Laptop Computer c APD Beam splitter FPGA Photon counting module Hình: 2.1 Sơ đồ quang học hệ đo đơn hạt nano/đơn phân tử tích hợp thiết bị dịch chuyển đợ xác nano-mét cấu hình giao thoa kế HanBurry Brown-Twiss cho phép đo hàm tương quan G2( ) hiệu ứng antibunching 25 2.1.1 Hệ quang học Nguồn sáng kích thích hệ đo laser liên tục laser xung ngắn cỡ pico-giây tần số lặp lại cao, có ổn định cao, chất lượng chùm tốt Chùm laser từ nguồn phát qua phin lọc trung tính để giảm cường độ xuống – 100 lần (OD=0,5-2.0) Cường độ laser lớn dẫn tới hiệu ứng photobleaching mẫu Sau chùm laser dẫn qua hệ gồm hai thấu kính phẳng lồi L1 với f = 60 mm L2 với f = 150mm pinhole đường kính 20 m đặt hai thấu kính tiêu điểm hai thấu kính Hệ hai thấu kính pinhelo tạo thành lọc khơng gian (spatial filter) có tác dụng tạo chùm laser chuẩn trực dạng Gauss moden TEM00 mở rộng chùm laser tới kích thước >6 mm, phù hợp với vật kính hiển vi Gương lưỡng chiết gương điện môi băng rộng phản xạ với hiệu suất cao vùng từ 400nm đến 750nm dùng để phản xạ chùm laser tới vật kính hiển vi Vật kính hiển vi(microscope objective) loại dùng dầu Edmund Optics có độ phóng đại 100x độ số (numerical aperture, NA) = 1.25 để hội tụ chùm laser vào mẫu, đồng thời thu tín hiệu huỳnh quang phát từ mẫu (cấu hình kính hiển vi soi ngược) Tín hiệu huỳnh quang sau tách gương lưỡng chiết lọc bằng phin lọc giao thoa băng dài BP cho phép tín hiệu từ vùng 550nm trở lên qua phin lọc giao thoa băng hẹp IF nhằm loại trừ ánh sáng từ laser kích Một thấu kính phẳng lồi L3 mạ chống phản xạ vùng từ 350-700nm có f=150mm hội tụ tín hiệu huỳnh quang vào pinhole đường kính 50 m Sử dụng pinhole phần thu nhằm loại bớt phần nằm vùng hội tụ ánh sáng kích thích, giúp thu hẹp kích thước vùng quan sát Tín hiệu huỳnh quang sau chuẩn trực bằng thấu kính L4 tách thành hai chùm theo tỷ lệ 50:50 theo nguyên lý giao thoa/trùng phùng Hanburry Brown-Twiss nhờ khối tách chùm phân cực Hai chùm tín hiệu đo bằng hai detector photodiode thác lũ (avalanche photodiode – APD) hoạt động chế độ đếm photon Photodiode thác lũ có hiệu suất lượng tử cao vùng hồng ngoại (tới m ) phù hợp với việc đo đạc đơn hạt nano phát quang vùng phổ từ 600 nm đến hồng ngoại gần Hai module APD đếm photon nhóm nghiên 26 cứu, chế tạo phù hợp với yêu cầu Tín hiệu đơn photon từ APD đưa qua đếm photon nhanh cho phép xác định cường độ huỳnh quang, cường độ huỳnh quang phân giải thời gian đường tương quan huỳnh quang bậc hai G(2) ( ) Laser kích: Laser liên tục bơm laser diode phát bước sóng 532nm Laser kích chế tạo sở đầu phát laser Nd:YAG loại compact bơm bằng laser bán dẫn hãng Sinolaser (Trung Quốc) phát liên tục bước sóng 532nm, cơng suất 60Mw, đường kính chùm laser 2.5mm Laser ổn định cường độ dòng điện nuôi nhiệt độ khối bằng pin Peltier mạch điện phản hồi, đảm bảo có cường độ xạ laser ổn định trình đo đạc 2.2 THIẾT BỊ ĐO QUANG PHỔ HẤP THỤ VÀ PHÁT XẠ CHẤM LƯỢNG TỬ Hình: 2.2 Máy đo quang phổ hấp thụ 27 Hình 2.3 Máy đo quang phổ phát xạ Hình 2.4 Máy tính thu cho hình ảnh quang phổ hấp thụ 28 Hình 2.5 Máy tính máy quang phổ Hình 2.6 Máy đo đặc trưng phát xạ quantum dot 29 Hình 2.7 Thấu kính Hình 2.8 Máy đo hiệu ứng antinbunching 30 Hình 2.9 Máy đo quang phổ chấm lượng tử 31 CHƯƠNG ĐO ĐẠC ẢNH PHÁT QUANG TỪ CÁC ĐƠN HẠT CHẤM LƯỢNG TỬ VÀ HIỆU ỨNG CHỐNG BÓ 3.1 ĐO ĐẠC PHÁT QUANG CỦA CHẤM LƯỢNG TỬ Phổ hấp thụ phát xạ mẫu chấm lượng tử CdTe/CdS đo máy quang phổ kết phổ phát xạ thể hình 3.1 phổ hấp thụ thể hình 3.2 Loại chấm lượng tử phát xạ dải phổ từ khoảng 580 nm đến 660 nm có đỉnh cực đại phát xạ 625nm Phổ hấp thụ cho thấy chấm lượng tử hấp thụ mạnh vùng tử ngoại hệ số hấp thụ giảm theo bước sóng Loại chấm lượng tử có khả hấp thụ xạ laser kích thích bước sóng 532nm Cường đợ (au) Bước sóng (nm) Hình 3.1 Quang phổ phát xạ quantum dots CdTe/CdS Đợ hấp thụ (Abs) Bước sóng (nm) Hình 3.2 Quang phổ hấp thụ quantum dots CdTe/CdS 32 3.2 ĐO ĐẠC HIỆU ỨNG CHỐNG BÓ Chuẩn bị mẫu: Các mẫu chất màu Rhodamin B (RB) quantum dot loại CdTe chuẩn bị nước cất Mẫu chất màu pha loãng đạt nồng độ khoảng từ 10-7 M/l đến 10-9 M/l Mẫu quantum dot pha loãng thu mức cường độ tín hiệu tương ứng với đơn hạt Khi tiến hành đo đạc, giọt dung dịch chất màu nhỏ lên coverslip (độ dày 0.13 – 0.17mm) phép đo thực môi trường dung dịch khoảng 30 phút Kết đo cho chất màu Rhodamine B quantum dots Thời gian đo đạc tương đối dài phải thu nhận đủ số cặp photon bin thời gian nhỏ 0.5 ns để đạt tỷ số tín hiệu nhiễu chấp nhận (>10) Hình 3.3 Hàm tương quan G2 (τ) phân tử chất màu Rhodamine B 33 Hình 3.4 Hàm tương quan G(2)(τ) chấm lượng tử CdTe Hàm tương quan G(2)(τ) đo cho phân tử chất màu Rhodamine B hay chấm lượng tử cho thấy suy giảm thời gian trễ thực nghiệm τ =20 ns Đây bằng chứng thực nghiệm cho thấy xuất hiệu ứng chống bó antibunching phổ phát xạ chấm lượng tử hay chất màu 3.3 ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH KẾT QUẢ ĐO ĐẠC Kết đo đạc cho thấy có xuất hiệu ứng chống bó xạ chấm lượng tử Điều phù hợp với kết đo đạc công bố Michler et al (2000) cho thấy xạ phát từ số lượng nhỏ đơn hạt chấm lượng tử 34 KẾT LUẬN Trong luận văn tìm hiểu đặc trưng vật lý hạt quantum dot, nguyên lý phép đo tương quan cấp độ đơn hạt nano, đơn phân tử Tôi tiến hành đo đạc đặc trưng phổ hấp thụ phát xạ chấm lượng tử CdTe Thực đo đạc chấm lượng tử CdTe chất màu Rhodamine B cho thấy xuất hiệu ứng chống bó antibunching Đây đặc trưng xạ phát từ đơn hạt số lượng nhỏ chấm lượng tử 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Quantum correlation among photons from a single quantum dot at room tempearature P Michler, A Imamoglu,M.D Mason, P.J Carson, G.F Strouse, S.K.Buratto Nature, vol.406,p.968-970, 2000 2.Time-resolved confocal scanning device for ultrasensitive fluorescen detection Martin Bohmer, Francesco Pampaloni, Michael Wahl, Hans-Jurgen Rahn, Rainer Erdmann Review of scientific Instruments, vol 72, 4145, 2001 3.Counting Constituents in Molecular Complexes by Fluorescence Photon Antibunching Samantha Fore, Ted A Laurence, Christopher W Hollars, and Thomas Huser IEEE Journal of selected topics in Quantum electronics, vol 13, 996, 2007 4.Hệ đếm đơn photon ứng dụng nghiên cứu thời gian sống phát quang số vật liệu cấu trúc nano Luận văn thạc sĩ Đào Duy Thắng A Schiilzgen, J Puls, F Henneberger and V Jungnickel (1993), Physica B 185,571 A F van Driel, G Allan, C Delerue, P Lodahl, W L Vos, and D Vanmaekelbergh (2005), Phys.Rev Lett 95,236804 A F van Driel, I.S Nikolaev, P Vergeer, P Lodahl, D Vanmaekelbergh, and W L Vos (2007), Phys Rev B 75, 035329 A Wolcott D Gerion, M Visconte, J Sun, A Schwartzberg, S W Chen and J.Z Zhang (2006), J Phys Chem B 110, 5779 A.M Schwartzberg, T.Y Olson, C.E Talley and J.Z Zhang (2006), J Phys Chem B 110, 19935 10 Al L Efros and M Rosen (1996), Phys Rev B 54, 4843 36 11 B N Persson and N D Lang (1982), Phys Rev B 26, 5409 12 G Mie (1908), Ann Phys, 25, 377 13 Germar Scholegel, Jolanta Bohnenberger, Inga Potapova, and Alf Mews (2002), Phys Let 88, 137401 14 Gor L.Medintz etal (Sep 2003), Nature materials, Vol 2, 630 15 J R Lakowicz (2006), Principles of Fluorescence Spectroscopy – 3rd Ed Springer, New York, Ch 13 16 James E Martin, Lauren E Shea – Rohwer (2006), Journal of Luminescence 121, 573 17 Jelani Griffin, Anant Kumar Singh, Dulal Senapati, Patsy Rhodes, Kanieshia Mitchell, Brianca Robinson, Eugene Yu, and Paresh Chandra Ray (2009), Chem Eur J 15, 342 18 Jin Zhong Zhang (2009), Optical properties and spectroscopy of nanomaterials, World Scientific Publishing Co Pte, Singapore 37 ... KẾT LUẬN Trong luận văn tơi tìm hiểu đặc trưng vật lý hạt quantum dot, nguyên lý phép đo tương quan cấp độ đơn hạt nano, đơn phân tử Tôi tiến hành đo đạc đặc trưng phổ hấp thụ phát xạ chấm lượng... QUẢ ĐO ĐẠC Kết đo đạc cho thấy có xuất hiệu ứng chống bó xạ chấm lượng tử Điều phù hợp với kết đo đạc công bố Michler et al (2000) cho thấy xạ phát từ số lượng nhỏ đơn hạt chấm lượng tử 34 KẾT LUẬN... trưng phát xạ  Chương Phương pháp quang phổ đo đạc đơn hạt nano  Chương Đo đạc phát quang từ đơn hạt chấm lượng tử hiệu ứng chống bó PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CHẤM LƯỢNG TỬ, CƠ CHẾ VÀ ĐẶC