NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BỨC XẠ GAMMA LÊN TÍNH CHẤT QUANG CỦA CHẤM LƯỢNG TỬ CdSe

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Đình Công NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BỨC XẠ GAMMA LÊN TÍNH CHẤT QUANG CỦA CHẤM LƯỢNG TỬ CdSe TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Đình Công NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BỨC XẠ GAMMA LÊN TÍNH CHẤT QUANG CỦA CHẤM LƯỢNG TỬ CdSe Chuyên ngành: Vật lý Chất rắn Mã số: 60440104 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN THANH BÌNH Hà Nội – Năm 2015 Mở đầu Lĩnh vực nghiên cứu vật liệu nano lĩnh vực thu hút nhiều nhà khoa học hàng đầu tham gia nghiên cứu Bắt đầu từ năm 1990 đến nay, thành thu có ý nghĩa ứng dụng thực tiễn, thay đổi mặt đời sống Vật liệu nano đáp ứng yêu cầu tính chất vật liệu khối đáp ứng yêu cầu tính chất khắt khe vật liệu tiên tiến Những ưu điểm vật liệu nano qua báo cáo tạp chí uy tín mà thể ứng dụng chúng, thiết bị điện tử, thiết bị chiếu sáng (đèn LED), thông tin quang laser, đánh dấu sinh học, thiết bị chuyển đổi lượng mặt trời (solar cell), cảm biến (sensor), … Điều kiện môi trường ảnh hưởng nhiều đến khả năng, chất lượng tuổi thọ thiết bị Với môi trường làm việc đặc biệt lò phản ứng hạt nhân, môi trường vũ trụ bầu khí trái đất Ở có nhiều xạ mang lượng cao nên vật liều làm việc môi trường Việc đánh giá cần thiết để biết vật liệu bị tác động nào, ảnh hưởng thay rổi làm sao, … để khắc phục lựa chọn phù hợp vật liệu làm thiết bị Tương tác xạ photon ánh sáng mặt trời với lượng cỡ lượng trạng thái kích thích điện tử tinh thể lượng thường bé 10 eV Những xạ có lượng lớn nhiều tia X, tia Alpha, tia gamma, tia Notron, tia Proton, tia Photon hãm, …cỡ vài mega electron volt đến vài chục mega electron volt chưa đề cập đến nhiều Việc nghiên cứu đánh giá cần phải xem xét nhiều mức độ khía cạnh, bước đầu với điều kiện sẵn có lựa chọn nghiên cứu ảnh hưởng xạ gamma tới thay đổi tính chất quang chấm lượng tử CdSe, loại vật liệu nano điển hình mang đặc trưng tính chất quang học Và để so sánh mức độ ảnh hưởng xạ gamma, luận văn nghiên cứu chấm lượng tử CdSe đơn chấm lượng tử bọc vỏ CdSe/CdS lõi/vỏ So sánh ảnh hưởng xạ gamma lên tính chất hấp thụ, huỳnh quang thời gian sống điện tử trạng thái kích thích, với dải liều chiếu xạ từ 1, 3, 5, 7, 10 kGy Luận văn trình bày làm ba phần : Phần - Tổng quan : Giới thiệu vật liệu nano, tính chất cấu trúc tinh thể, cấu trúc vùng lượng, tính chất quang học vật liệu bán dẫn vật liệu nano bán dẫn, yếu tố ảnh hưởng trường nhiệt độ, áp suất, điện trường từ trường lên tính chất vật liệu bán dẫn, tổng quan kết công bố quốc tế ảnh hưởng xạ lượng cao lên tính chất quang vật liệu bán dẫn Phần 2- Thực nghiệm: Phương pháp chế tạo, trình chiếu xạ gamma, phương pháp phân tích thực luận văn Phần 3- Kết thảo luận: Trình bày kết thu mẫu trước chiếu xạ mẫu sau chiếu xạ gamma, so sánh mức độ ảnh hưởng mẫu CdSe với mẫu CdSe/CdS lõi/vỏ Với kết thu luận văn tập trung thảo luận đến hiệu ứng thu được: Hiệu ứng dịch đỉnh hấp thụ huỳnh quang chấm lượng tử sau chiếu xạ gamma, ảnh hưởng thời gian lên tính chất chấm lượng tử dịch đỉnh hấp thụ huỳnh quang phía lượng cao theo thời gian hiệu ứng phục hồi cường độ huỳnh quang theo thời gian chấm lượng tử sau chiếu xạ gamma Chương 1- TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu bán dẫn cấu trúc nano Từ cuối kỷ XX đến nay, chứng kiến phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật đặc biệt vật liệu nano Các nghiên cứu vật liệu kích thước nano, tính chất chúng trở nên ưu việt có nhiều tính chất mà có vật liệu nano có Khi dạng vật liệu khối (3D) tính chất vật liệu không thay đổi phụ thuộc vào hình dạng tồn vật liệu Khi dạng nano, bước sóng điện tử so sánh với bước sóng De Broglie hạt, điện tử bị giới hạn chuyển động truyền sóng, gây hiệu tượng hạt bị giam giữ dẫn đến bị lượng tử hóa hàm sóng lượng Tùy vào chiều giam giữ mà vật liệu nano chia vật liệu giam giữ chiều (2D - giếng lượng tử), vật liệu hai chiều giam giữ (1D - dây lượng tử), vật liệu ba chiều giam giữ (0D - chấm lượng tử) (2) Hình 1.1 Sự giam giữ lượng tử dẫn đến thay đổi cấu trúc lượng độ rộng vùng cấm từ vật liệu khối 3D sang vật liệu nano 2D, 1D 0D 1.2 Tính chất hấp thụ Quá trình hấp thụ ánh sáng điện tử trạng thái lên trạng thái kích thích mà cấu trúc vùng lượng định tính đối xứng hàm sóng điểm  k0 vùng Brillioun(1,4,7) (b) (a) Hình 1.2 Cấu trúc vùng lượng trạng thái kích thích điện tử - chuyển mức vùng-vùng (thẳng); 1a - chuyển mức vùng vùng (nghiêng); - điện tử vùng dẫn; 2a - lỗ trống vùng hoá trị; 2b, 2c, 2d - lỗ trống vùng cho phép; - điện tử lên vùng dẫn từ tạp donor; 3b - lỗ trống lên tạp donor; 3a - lỗ trống lên tạp acceptor; 3c - điện tử lên vùng dẫn từ tạp acceptor; - điện tử chuyển mức tạp chất(2) 1.3 Tính chất phát quang Một số chế phát quang điển hình vật liệu bán dẫn (2): -Tái hợp vùng vùng: Tương tự chế hấp thụ có hai chế tái hợp chuyển mức thẳng tái hợp chuyển mức nghiêng -Tái hợp exciton: Các mức lượng exciton tương tự mức lượng nguyên tử H, chúng tồn điểm khác biệt Exciton tồn trạng thái lượng với n = thời gian ngắn Exciton chuyển động tinh thể Khi xạ lượng tử ánh sáng, exciton biến Có ba loại tái hợp exciton tái hợp exciton tự do, tái hợp exciton liên kết, tái hợp exciton phân tử -Tái hợp xạ với chuyển mức vùng mức tạp chất: có ba loại chuyển mức tâm nông, chuyển mức tâm sâu, chuyển mức vùng tâm sâu -Tái hợp xạ trình ngược với hấp thụ bán dẫn Điểm khác quan trọng hấp thụ xạ phổ hấp thụ rộng, phổ xạ hẹp Phổ hấp thụ rộng tất trạng thái tinh thể tham gia vào trình hấp thụ Quá trình tái hợp xạ liên quan đến dải hẹp trạng thái điện tử dải hẹp trạng thái lỗ trống, nên phổ tái hợp xạ hẹp Điều kiện để có tái hợp xạ mẫu bán dẫn phải trạng thái không cân nhiệt động Đặc trưng phát quang vật liệu bán dẫn hệ số xác suất tái hợp xạ B thời gian sống τ điện tử Hình 1.4 Các chế tái hợp cặp điển tử lỗ trống bản(1,7) Chương –KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 2.1 Phương pháp chế tạo  Phương pháp hóa ướt Phương pháp hóa ướt, phương pháp đơn giản để tạo hạt nano có kích thước bé Bằng nhiệt độ cao phản ứng tạo thành nano tinh thể từ dung môi hòa tan chứa ion tiền chất vật liệu nano Các chất bột ZnO, CdO hòa tan phản ứng với olelamin acid (OA) dung môi ODE nhiệt độ cao tạo thành muối OA-X, tiền chất O, S, Se, Te hòa tan dung môi octadecene (OED) nhiệt độ cao Có thể sử dụng hợp chất hoạt động bề mặt như: tri-n-ocytlphosphine oxide (TOPO), n-trioctylphosphine (TOP), sodium dodecyl sulfate (SDS), cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), … Và điều khiển nhiệt độ để thu sản phẩm với hình dạng khác như: hình cầu, tam giác, dạng thanh, cầu ba nhánh, … thêm vào sản phẩm ZnO, CdO, hình thành trình chế tạo(6) 2.2 Chiếu xạ gamma Nguồn chiếu xạ sử dụng 60Co, hoạt độ nguồn thời điểm chiếu 122.53 kCi, lượng xạ gamma cỡ 1.33 MeV Được thực Trung Tâm Chiếu Xạ Hà Nội, thuộc Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam Liều hấp thụ L định nghĩa lượng Jun (Joules) truyền cho vật đơn vị khối lượng kilôgam (kilogram) đơn vị kí hiệu kGy Trong luận văn khảo sát với dải liều hấp thụ là: kGy, kGy, kGy, kGy, 10 kGy 2.3 Phương pháp phân tích 2.3.1 Kính hiển vi điện tử truyền qua Sơ đồ nguyên lý thiết bị kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) trình bày hình 2.2 Thiết bị TEM thường sử dụng để khảo sát hình dạng, kích thước vật rắn có kích thước nhỏ chí vi cấu trúc chúng sử dụng thiết bị có độ phân giải cao (HR-TEM) Thiết bị sử dụng chùm tia điện tử có lượng cao thấu kính từ để tạo ảnh với độ phóng đại lớn (có thể tới hàng triệu lần) Ảnh TEM hiển thị huỳnh quang, phim quang học, hay ghi nhận máy chụp kỹ thuật số Độ tương phản ảnh TEM chủ yếu phụ thuộc vào khả tán xạ điện tử vật liệu Hình 2.2 (a) Sơ đồ nguyên lý kính hiển vi điện tử truyền qua; (b) Kính hiển vi điện tử truyền qua JEM 1010 Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương 2.3.2 Phương pháp đo hấp thụ Hai đại lượng I0 I đo thực nghiệm Ví dụ cách đo: với mẫu phân tán dung môi, người ta thường sử dụng hai cu– vét giống nhau, có độ dày chứa mẫu xác định để dễ tính hệ số hấp thụ tích số α.d (thường chọn loại dày 0,1 cm, 0,5 cm cm) Một cu–vét chứa dung môi, gọi cuvét so sánh, dùng để xác định I0; cu– vét khác chứa vật liệu cần đo phổ hấp thụ (được phân tán dung môi giống cu–vét so sánh) dùng để xác định I điều kiện đo với I0 Sau xác định đại lượng I0 I, tính logarit số e tương ứng để xác định 2.3.3 Kỹ thuật đo phổ huỳnh quang Phổ huỳnh quang ghi nhận hệ đo phổ huỳnh quang Cary Eclipse phân giải cao Trung tâm Điên tử học Lượng tử, thuộc Viện Vật lý, Viện Hàn lâm 10 3.3 Tính chất quang chấm lượng tử trước chiếu xạ gamma 3.3.1 Phổ hấp thụ huỳnh quang Sau chế tạo hai mẫu lõi CdSe CdSe/CdS lõi/vỏ khảo sát tính chất hệ đo huỳnh quang hấp thụ hồng ngoại khả kiến Phổ hấp thụ CdSe CdSe/CdS lõi/vỏ có đỉnh hấp thụ 2.092 eV 2.249 eV với CdSe; 2.022 eV 2.159 eV với CdSe/CdS lõi/vỏ Giá trị lượng vùng cấm quang tương ứng với đỉnh hấp thụ thứ phổ hấp thụ Đỉnh phát huỳnh quang 2.065 eV với chấm lượng tử CdSe 2.003 eV với chấm lượng tử CdSe/CdS lõi/vỏ Hình 3.4 Phổ huỳnh quang (nét đứt) phổ hấp thụ mẫu chấm lượng tử CdSe chấm lượng tử CdSe/CdS lõi/vỏ Kết thu bảng 3.1, với chấm lượng tử CdSe kích thước 3.9 nm độ rộng vùng cấm quang 2.092 eV, với mẫu chấm lượng tử CdSe/CdS lõi/vỏ kích thước 4.4 nm độ rộng vùng cấm quang 2.022 eV Bảng 3.1 Các thông số vật lý mẫu chấm lượng tử CdSe (lõi) CdSe/CdS (lõi/vỏ) 15 Mẫu Ecq (eV) EPL (đỉnh HQ) (eV) Kích thước hạt D (nm) Độ dịch Stock (eV) CdSe 2.092 2.065 3.9 nm 0.027 CdSe/CdS 2.022 2.003 4.4 nm 0.020 Như kích thước hạt sau bọc vỏ tăng lên 0.5 nm, độ rộng vùng cấm quang Ecq giảm theo hiệu ứng kích thước Giá trị độ dịch Stock giảm kích thước hạt tăng, điều phù hợp với lý thuyết 3.4 Ảnh hưởng xạ gamma lên tính chất quang chấm lượng tử 3.4.1 Hiệu ứng dịch đỉnh hấp thụ đỉnh huỳnh quang Kết từ phép đo hấp thụ huỳnh quang nhận được, thể đỉnh hấp thụ đỉnh huỳnh quang thay đổi sau chấm lượng tử chiếu xạ gamma Đỉnh hấp thụ huỳnh quang dịch phía lượng cao, độ dịch tăng dần theo chiều tăng liều chiếu Có thể thấy kết tương tự việc chế tạo chấm lượng tử với kích thước khác nhau, độ rộng vùng cấm quang thay đổi theo hiệu ứng kích thước 16 Hình 3.5 Phổ hấp thụ - huỳnh quang mẫu lõi CdSe (a), Đỉnh phổ huỳnh quang dịch phía lượng cao theo liều hấp thụ gamma (b) Hình 3.6 Phổ hấp thụ - huỳnh quang mẫu CdSe/CdS lõi/vỏ (a), Đỉnh phổ huỳnh quang dịch phía lượng cao theo liều hấp thụ gamma (b) Bảng 3.2 Năng lượng đỉnh hấp thụ đỉnh huỳnh quang mẫu CdSe CdSe/CdS lõi/vỏ với liều chiếu gamma từ 0-10 kGy Liều chiếu L (kGy) Đỉnh hấp thụ CdSe (eV) 0kGy 1kGy 3kGy 5kGy 7kGy 10kGy 2.092 2.113 2.148 2.196 2.229 2.299 Đỉnh huỳnh quang CdSe (eV) 2.064 2.078 2.102 2.133 2.156 2.232 Độ dịch Stock (eV) Đỉnh hấp thụ CdSe/Cd S (eV) 0.028 0.035 0.046 0.063 0.073 0.067 2.022 2.028 2.037 2.049 2.054 2.064 17 Đỉnh huỳnh quang CdSe/CdS (eV) 2.003 2.007 2.012 2.019 2.022 2.029 Độ dịch Stock (eV) 0.019 0.021 0.025 0.030 0.032 0.035 Hình 3.7 Năng lượng hấp thụ đỉnh huỳnh quang dịch lượng cao hàm liều hấp thụ gamma 3.4.2 Suy giảm cường độ huỳnh quang theo liều hấp thụ gamma Với kết thu thấy với liều hấp thụ gamma lớn độ suy giảm cường độ huỳnh quang lớn (hình 3.8) Hình 3.8 Cường độ huỳnh quang suy giảm theo liều hấp thụ gamma, (a) mẫu lõi CdSe (b) mẫu lõi/vỏ CdSe/CdS 18 Ngoài hạt photon gamma làm bóc phân tử bên hạt nano dẫn đến thu nhỏ kích thước, hạt photon gamma vào bên hạt tác động lên nguyên tử bên hạt nano tinh thể, với trường áp suất bên trong, nguyên tử bị tác động hạt gamma nhận lượng dịch chuyển khỏi vị trí cân trường mạng tinh thể, điều dẫn đến chất lượng tinh thể giảm, nên cường độ huỳnh quang suy giảm theo Hình 3.9 Tích phân diện tích cường độ huỳnh quang chuẩn hóa suy giảm theo liều hấp thụ gamma hai loạt mẫu lõi CdSe CdSe/CdS lõi/vỏ sau chiếu xạ gamma 3.4.3 Ảnh hưởng xạ gamma tới thời gian sống huỳnh quang điện tử Khảo sát thời gian sống huỳnh quang mẫu CdSe CdSe/CdS lõi/vỏ thực hệ đo huỳnh quang phân giải thời gian Viện Vật lý, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Kết hình 3.10 19 Hình 3.10 Huỳnh quang phân giải thời gian chấm lượng tử mẫu CdSe CdSe/CdS lõi/vỏ so sánh với liều chiếu xạ gamma khác Bảng 3.3 Thời gian sống trung bình mẫu CdSe CdSe/CdS lõi/vỏ sau chiếu xạ gamma Liều chiếu xạ kGy kGy kGy kGy kGy 10 kGy τtb (CdSe) (ns) 13.2 12.2 11.5 8.7 6.6 1.8 τtb (CdSe/CdS) (ns) 17.1 16.1 9.8 5.0 3.2 2.8 Bảng 3.3 cho thấy thời gian sống huỳnh quang trạng thái kích thích có xu hướng giảm liều chiếu tăng, điều phù hợp mà kích thước hạt giảm xen phủ hàm sóng điện tử lỗ trống tăng lên, dẫn đến xắc suất tái hợp điện tử lỗ trống tăng, làm cho thời gian sống trung bình điện tử giảm 20 3.5 Ảnh hưởng thời gian lên tính chất quang chấm lượng tử sau chiếu xạ gamma 3.5.1 Hiện tượng dịch đỉnh huỳnh quang phía lượng cao chấm lượng tử theo thời gian sau chiếu xạ gamma Mẫu sau chiếu xạ gamma với điều kiện bảo quản, dung môi môi toluene, chấm lượng tử CdSe CdSe/CdS lõi/vỏ sau chiếu xạ gamma, đỉnh huỳnh quang dịch phía lượng cao theo thời gian, liều hấp thụ lớn tốc độ dịch nhanh hàm liều hấp thụ L Hình 3.11 Đỉnh huỳnh quang chấm lượng tử sau chiếu xạ gamma tiếp tục dịch phía lượng cao theo thời gian (a) chấm lượng tử CdSe (b) chấm lượng tử CdSe/CdS lõi/vỏ Hiện tượng giải thích hạt tan dần dung môi toluen, không chiếu xạ gamma tốc độ dịch chậm, cần thời gian dài nhận thấy thay đổi(16) Với mẫu chiếu xạ gamma, ảnh hưởng làm bứt phân tử phía hạt nano, xạ gamma làm yếu liên kết nguyên tử, phân tử lớp ngoài, tạo thuận lợi cho việc tan vào dung môi so với mẫu không chiếu xạ gamma Nhưng vào bên ảnh hưởng xạ gamma yếu nên tốc độ tan giảm dần, dẫn đến tốc độ dịch đỉnh huỳnh quang chậm dần 21 3.5.2 Hiện tượng hồi phục cường độ huỳnh quang chấm lượng tử CdSe CdSe/CdS lõi/vỏ theo thời gian sau chiếu xạ gamma So sánh cường độ huỳnh quang chấm lượng tử sau chi chiếu xạ gamma theo thời gian, kết nhận cường độ huỳnh quang tăng dần theo thời gian Cường độ huỳnh quang sau ngày đầu chiếu xạ tăng rõ rệt, ngày sau tăng chậm dần có xu hướng bão hòa Hình 3.12 Mẫu chấm lượng tử CdSe CdSe/CdS lõi/vỏ liều chiếu 5kGy, cường độ huỳnh quang phục hồi phần theo thời gian sau chiếu xạ 22 Hình 3.13 So sánh tốc độ hồi phục cường độ huỳnh quang theo thời gian hai loại chấm lượng tử CdSe CdSe/CdS, liều hấp thụ 1kGy liều hấp thụ kGy Với chấm lượng tử CdSe CdSe/CdS lõi/vỏ không chiếu xạ gamma, cường độ huỳnh quang theo thời gian gần không đổi Bảng 3.4 Phần trăm diện tích cường độ đỉnh huỳnh quang mẫu CdSe lõi hồi phục theo thời gian sau chiếu xạ, so sánh với mẫu trước chiếu xạ Thời gian (ngày) Phần trăm diện tích cường độ đỉnh huỳnh quang phục hồi (%) Mẫu 1kGy Mẫu 3kGy Mẫu 5kGy Mẫu 7kGy 44.8 11.4 2.2 1.1 63.3 24.3 5.3 2.8 71.7 26.9 6.1 3.2 78.6 28.2 6.9 3.6 83 29.7 7.9 3.7 10 83.3 30.7 3.8 15 86.1 31.4 8.1 3.9 Bảng 3.5 Phần trăm diện tích cường độ đỉnh huỳnh quang mẫu CdSe/CdS lõi/vỏ hồi phục theo thời gian sau chiếu xạ, so sánh với mẫu trước chiếu xạ 23 Phần trăm diện tích cường độ đỉnh Huỳnh quang phục hồi (%) Thời gian (ngày) Mẫu kGy Mẫu kGy Mẫu kGy Mẫu kGy Mẫu 10 kGy 71.8 31 14.9 7.1 3.3 83.3 34.7 19.3 10.7 8.3 85 36.5 20.2 11.1 8.7 91.2 37.1 21.1 11.2 9.6 92.1 36.6 21.6 11.5 11.6 10 90.3 37.2 21.6 11.7 12.2 15 91.7 38.5 21.8 12.1 13.3 -Ảnh hưởng xạ gamma lên nguyên tử tinh thể, làm cho số nguyên tử lệch khỏi nút mạng, dẫn đến giảm chất lượng tinh thể giảm cường độ huỳnh quang Dưới tác động dao động mạng tinh thể nhiệt độ phòng, giới hạn đàn hồi mạng tinh thể, theo thời gian phần nguyên tử bị dịch khỏi vị trí nút mạng dần trở lại ví trí cũ trước chiếu xạ gamma, dẫn đến hồi phục phần chất lượng tinh thể tăng trở lại cường độ huỳnh quang -Với liều chiếu gamma thấp, độ lệch mạng nguyên tử khỏi vị trí cân thấp, với liều chiếu xạ cao độ lệch mạng lớn Khi độ lệch mạng vượt qua giới hạn tự hồi phúc trạng thái ban đầu lúc đo cấu trúc tính thể bị thay đổi tính chất huỳnh quang bị thay đổi theo (ở tượng dập tắt huỳnh quang liều chiếu xạ 10 kGy) -Việc tồn lại lớp vỏ CdS bao bọc bên sinh áp suất lên lõi CdSe bên trong, điều dẫn đến hệ số đàn hồi C nguyên tử Cd với Se tăng lên tương tự lò xo tăng độ cứng nó, nên biên độ dao động mạng tinh thể lõi CdSe cấu trúc lõi/vỏ bé CdSe đơn nhiệt độ, điều dẫn đến khả hồi phục mẫu CdSe/CdS lõi/vỏ mẫu CdSe 24 -Với liều hấp thụ lớn làm cho nguyên vượt qua giới hạn hồi phục để hồi phục mẫu chiếu 10 kGy vào chấm lượng tử CdSe, mẫu chấm lượng tử bị dập tắt cường độ huỳnh quang không khả hồi phục 25 KẾT LUẬN Các kết nghiên cứu thu trình bày luận văn tóm tắt sau: Đã chế tạo chấm lượng tử CdSe, CdSe/CdS lõi/vỏ kích thước… Quan sát ảnh hưởng xạ gamma lên tính chất chấm lượng tử CdSe, CdSe/CdS lõi/vỏ, cụ thể là: -Dịch đỉnh huỳnh quang phía lượng cao theo liều hấp thụ, mẫu CdSe bị dịch mạnh so với mẫu CdSe/CdS lõi/vỏ -Suy giảm cường độ huỳnh quang theo liều hấp thụ xạ gamma chất lượng tinh thể xấu sau chiếu xạ gamma, huỳnh quang mẫu CdSe bị suy giảm mạnh mẫu CdSe/CdS lõi/vỏ -Thời gian sống điện tử trạng thái kích thích giảm dần theo chiều tăng liều hấp thụ gamma Nghiên cứu theo thời gian sau chiếu xạ: -Chấm lượng tử CdSe CdSe lõi/vỏ, đỉnh huỳnh quang tiếp tục dịch dung môi toluen theo thời gian sau chiếu xạ gamma -Cường độ huỳnh quang chấm lượng tử hồi phục phần theo thời gian, kết hồi phục lệch mạng tinh thể Với liều chiếu xạ 10 kGy mẫu CdSe khả hồi phục -Độ hồi phục chấm lượng tử CdSe tốt chấm lượng tử CdSe/CdS lõi/vỏ, phần lõi CdSe chịu áp suất gây bỏi lớp vỏ CdS làm cho khả dao động dịch chuyển so với CdSe không bọc vỏ 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt: 1- Nguyễn Thị Thanh Bình (2013), Bài giảng Quang Bán dẫn, giảng trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN 2- Trần Thị Kim Chi (2010), Hiệu ứng kích thuớc ảnh huởng lên tính chất quang CdS, CdSe CuInS, Luận án Tiến si Khoa học vật liệu 3- Nguyễn Đình Công (2013), Nghiên cứu tính quang vật liệu nano bán dẫn ZnSe chế tạo phương pháp thủy nhiệt, Khóa luận cử nhân 4- Tạ Đình Cảnh, Nguyễn Thị Thục Hiền (2005), Vật lý bán dẫn, Nhà xuất Đại học Quốc Gia Hà Nội 5- Nguyễn Thị Dung (2014), Nghiên cứu tính chất quang động học chấm lượng tử CdTe, Luận văn Thạc sĩ Vật lý 6- Nguyễn Trung Kiên (2014), Chế tạo nghiên cứu tính chất quang chấm lượng tử CdS/ZnSe, Luận văn Thạc sĩ Khoa học 7- Nguyễn Ngọc Long (2007), Vật lý Chất rắn, Nhà xuất Đại học Quốc Gia Hà Nội 8- Nguyễn thị Minh Thủy (2014), Nghiên cứu chế tạo tính chất quang chấm lượng tử bán dẫn hợp chất ba nguyên tố I-III-VI 2, (CuInS2), Luận án tiến sĩ khoa học vật liệu Tài liệu tiếng anh: 9- Girija Gaur, Dmitry Koktysh, Daniel M Fleetwood, Robert A Reed, Robert A Weller and Sharon M Weiss (2013), Effects of X-ray and gamma-ray Irradiation on the Optical Properties of Quantum Dots Immobilized in Porous Silicon, Proc of SPIE Vol 8725, 87252D 10- Hong-Yeol Kim, Travis Anderson, Michael A Mastro, Jaime A Freitas Jr., Soohwan Jang, Jennifer Hite, Charles R Eddy Jr., Jihyun Kim (2011), Optical and electrical characterization of AlGaN/GaN high electron mobility transistors irradiated with MeV protons, Journal of Crystal Growth 326 -62– 64 11- Hong-Yeol Kim, Jihyun Kim, F Ren, and Soohwan Jang (2010), Effect of neutron irradiation on electrical and optical properties of InGaN/GaN lightemitting Diodes, Journal of Vacuum Science & Technology B 28, 27 27 12- Jingbo Lim, Jian-Bai Xia (200), Exciton states and optical spectra in CdSe nanocrystallite quantum dots”, Physical Review B, 15 June 2000-I 13- Karuppasamy Kandasamy, Harkesh B Singh (2009), Synthesis and characterization of CdS and CdSe nanoparticles prepared from novel intramolecularly stabilized single-source precursors, Chem Sci., Vol 121, No 14- 3, May 2009, pp 293–296 Kenneth J Klabunde (2001), Nanoscale materials in chemistry, Wiley interscience 15- Light Conversion Applications, Polymers 2012, 4, 1-19 (polymers ISSN 20734360) 16- Nguyen Xuan Nghia, Le Ba Hai, Nguyen Thi Luyen, Pham Thu Nga, Nguyen Thi Thuy Lieu, and Phan The Long (2012), Identification of Optical Transitions in Colloidal CdSe Nanotetrapods, J Phys Chem C 2012, 116, 25517-25524 17- M Ali, O Svensk, Z Zhen, S Suihkonen, P.T.Torma, H Lipsanen, M Sopanen, K Hjort, J Jensen (2009), Educed photoluminescence from InGaN/GaN multiple quantum well structures following 40 Mev iodine ion irradiation, Physica B 404 (2009) 4925–4928 18- Nathan J Withers, Krishnaprasad Sankar, Brian A Akins, Tosifa A Memon, Tingyi Gu, Jiangjiang Gu, Gennady A Smolyakov, Melisa R Greenberg, imothy J Boyle, and Marek Osinski (2008), Rapid degradation of CdSe/ ZnS colloidal quantum dots exposed to gamma irradiation, Appplied Physics letters 19- 93, 173101 _2008 Rohit Khanna, Sang Youn Han, S J Pearton, D Schoenfeld, W V Schoenfeld, and F Ren (2005), High dose Co-60 gamma irradiation of InGaN 20- quantum well light-emitting diodes, Applied Physics Letters 87, 212107 (2005) Robert Z Stodilka, Jeffrey J L Carson, Kui Yu, Md Badruz Zaman, Chunsheng Li, and Diana Wilkinson (2009), Optical Degradation of CdSe/ZnS Quantum Dots upon gamma-Ray Irradiation, J Phys Chem C 2009, 113, 2580–2585 21- Stephen J Pearton, Richard Deis, Fan Ren, Lu Liu, Alexander Y Polyakov, Jihyun Kim (2013), Review of r adiation damage in GaN-based materials and devices, J Vac Sci Technol A, Vol 31, No 5, Sep/Oct 2013 28 22- S Li and G W Yang (2010), Phase Transition of II-VI Semiconductor Nanocrystals, J Phys Chem C 2010, 114, 15054–15060 23- Y.L Li Y L Li, X J Wang, S M He, B Zhang, L X Sun et al (2012), Origin of the redshift of the luminescence peak in InGaN light-emitting diodes exposed to Co-60 γ-ray irradiation, J Appl Phys 112, 123515 (2012) 24- Yu Yang, Wennuan Nan, Yuan Niu, Haiyan Qin, Fan Cui, Runchen Lai, Wanzhen Lin, and Xiaogang Peng (2012), Crystal Structure Control of ZincBlende CdSe/CdS Core/Shell Nanocrystals: Synthesis and Structure-Dependent Optical Properties, J Am Chem Soc 2012, 134, 19685-19693 25- Woggon U (1997), Optical Properties of Semiconductor Quantum dot”, Springer Tracts in Modern Physics 26- www.semiconductors.co.uk/ 27- Zeger Hens, Richard Karel Capek, Iwan Moreels, Karel Lambert, David De Muynck, Qiang Zhao, André Van Tomme, Frank Vanhaecke, Optical properties of zincblende Cadmium Selenide Quantum Dots, J, Phys Chem C 2010, 114, 6371-6376 29 [...]... sát được ảnh hưởng của bức xạ gamma lên tính chất của chấm lượng tử CdSe, CdSe/ CdS lõi/vỏ, cụ thể là: -Dịch đỉnh huỳnh quang về phía năng lượng cao theo liều hấp thụ, mẫu CdSe bị dịch mạnh hơn so với mẫu CdSe/ CdS lõi/vỏ -Suy giảm cường độ huỳnh quang theo liều hấp thụ do bức xạ gamma bởi chất lượng tinh thể xấu đi sau chiếu xạ gamma, và huỳnh quang của mẫu CdSe bị suy giảm mạnh hơn mẫu CdSe/ CdS lõi/vỏ... sóng của điện tử và lỗ trống tăng lên, dẫn đến xắc suất tái hợp điện tử và lỗ trống tăng, làm cho thời gian sống trung bình của điện tử giảm 20 3.5 Ảnh hưởng của thời gian lên tính chất quang của chấm lượng tử sau chiếu bức xạ gamma 3.5.1 Hiện tượng dịch đỉnh huỳnh quang về phía năng lượng cao của chấm lượng tử theo thời gian sau khi chiếu xạ gamma Mẫu sau khi chiếu xạ gamma với cùng điều kiện bảo quản,... và 2.159 eV với CdSe/ CdS lõi/vỏ Giá trị năng lượng vùng cấm quang tương ứng với đỉnh hấp thụ thứ nhất của phổ hấp thụ Đỉnh phát huỳnh quang tại 2.065 eV với chấm lượng tử CdSe và tại 2.003 eV với chấm lượng tử CdSe/ CdS lõi/vỏ Hình 3.4 Phổ huỳnh quang (nét đứt) và phổ hấp thụ của mẫu chấm lượng tử CdSe và chấm lượng tử CdSe/ CdS lõi/vỏ Kết quả thu được trên bảng 3.1, với chấm lượng tử CdSe kích thước... môi môi toluene, các chấm lượng tử CdSe và CdSe/ CdS lõi/vỏ sau khi chiếu xạ gamma, đỉnh huỳnh quang dịch về phía năng lượng cao theo thời gian, liều hấp thụ càng lớn tốc độ dịch càng nhanh như là hàm của liều hấp thụ L Hình 3.11 Đỉnh huỳnh quang của chấm lượng tử sau khi chiếu xạ gamma tiếp tục dịch về phía năng lượng cao theo thời gian (a) chấm lượng tử CdSe và (b) chấm lượng tử CdSe/ CdS lõi/vỏ Hiện... cấm quang Ecq cũng giảm theo hiệu ứng kích thước Giá trị của độ dịch Stock cũng giảm khi kích thước hạt tăng, điều này phù hợp với lý thuyết 3.4 Ảnh hưởng của bức xạ gamma lên tính chất quang của chấm lượng tử 3.4.1 Hiệu ứng dịch đỉnh hấp thụ và đỉnh huỳnh quang Kết quả từ phép đo hấp thụ và huỳnh quang nhận được, thể hiện đỉnh hấp thụ và đỉnh huỳnh quang đã thay đổi sau khi chấm lượng tử chiếu xạ gamma. .. Hình 3.12 Mẫu chấm lượng tử CdSe và CdSe/ CdS lõi/vỏ cùng liều chiếu là 5kGy, cường độ huỳnh quang phục hồi một phần theo thời gian sau khi chiếu xạ 22 Hình 3.13 So sánh tốc độ hồi phục cường độ huỳnh quang theo thời gian giữa hai loại chấm lượng tử CdSe và CdSe/ CdS, liều hấp thụ 1kGy và liều hấp thụ 3 kGy Với chấm lượng tử CdSe và CdSe/ CdS lõi/vỏ không chiếu xạ gamma, cường độ huỳnh quang theo thời... nếu không chiếu bức xạ gamma thì tốc độ dịch rất chậm, cần thời gian rất dài mới nhận thấy sự thay đổi(16) Với mẫu chiếu xạ gamma, ngoài ảnh hưởng làm bứt các phân tử ở phía ngoài hạt nano, bức xạ gamma làm yếu đi liên kết giữa các nguyên tử, phân tử lớp ngoài, tạo thuận lợi cho việc tan vào dung môi so với mẫu không chiếu bức xạ gamma Nhưng càng vào bên trong ảnh hưởng bởi bức xạ gamma càng yếu nên... sống của điện tử trên trạng thái kích thích cũng giảm dần theo chiều tăng liều hấp thụ gamma 3 Nghiên cứu theo thời gian sau khi chiếu xạ: -Chấm lượng tử CdSe và CdSe lõi/vỏ, đỉnh huỳnh quang tiếp tục dịch trong dung môi toluen theo thời gian sau chiếu xạ gamma -Cường độ huỳnh quang của chấm lượng tử hồi phục một phần theo thời gian, như là kết quả của hồi phục lệch mạng trong tinh thể Với liều chiếu xạ. .. thuớc ảnh huởng lên tính chất quang của CdS, CdSe và CuInS, Luận án Tiến si Khoa học vật liệu 3- Nguyễn Đình Công (2013), Nghiên cứu tính quang của vật liệu nano bán dẫn ZnSe chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt, Khóa luận cử nhân 4- Tạ Đình Cảnh, Nguyễn Thị Thục Hiền (2005), Vật lý bán dẫn, Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia Hà Nội 5- Nguyễn Thị Dung (2014), Nghiên cứu tính chất quang động học của chấm lượng. .. chất quang động học của chấm lượng tử CdTe, Luận văn Thạc sĩ Vật lý 6- Nguyễn Trung Kiên (2014), Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang của chấm lượng tử CdS/ZnSe, Luận văn Thạc sĩ Khoa học 7- Nguyễn Ngọc Long (2007), Vật lý Chất rắn, Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia Hà Nội 8- Nguyễn thị Minh Thủy (2014), Nghiên cứu chế tạo và tính chất quang của chấm lượng tử bán dẫn hợp chất ba nguyên tố I-III-VI 2, (CuInS2),