Trong chương này, chúng tôi đã sử dụng hệ TCSPC nghiên cứu quá trình truyền năng lượng từ phân tử chất màu Rh6G tới bề mặt hạt nano vàng và thời gian sống của exciton trong chấm lượng tử CdTe/CdS.
Quá trình truyền năng lượng từ phân tử chất màu tới bề mặt hạt nano vàng tuân theo cơ chế truyền năng lượng bề mặt (SET). Chúng tôi đã sử dụng chất màu Rh6G và hạt nano vàng kích thước 14 nm khảo sát hiệu suất và tốc dộ truyền năng lượng từ
phân tử Rh6G tới bề mặt hạt vàng bằng cách khảo sát sự dập tắt huỳnh quang của Rh6G khi gần bề mặt hạt vàng theo phương pháp huỳnh quang phân giải thời gian. Sự
dập tắt huỳnh quang hay sự dập tắt trạng thái kích thích của phân tử Rh6G khi gần bề
mặt hạt vàng thể hiện rõ qua phép đo thời gian sống của phân tử Rh6G. Nghiên cứu quá trình truyền năng lượng từ phân tử Rh6G tới bề mặt hạt nano vàng cho phép hiểu rõ phần nào quá trình tương tác của hạt nano kim loại với phân tử chất màu tại khoảng cách gần. Quá trình SET mở ra các ứng dụng mới của hạt nano vàng trong nghiên cứu y sinh nói riêng như chế tạo các sensor chuẩn đoán bệnh hoạt động tương tự các FRET sensor , ngoài ra chúng ta có thể chế tạo các sensor đo chiều dài hiệu dụng của phân tử
trong khoảng dưới 200 Å.
Trong chương này, chúng tôi cũng đã nghiên cứu thời gian sống của exciton trong chấm lượng tử CdTe bằng phép đo thời gian sống phát quang. Sựảnh hưởng của nồng độ chấm lượng tử lên thời gian sống của exciton bởi các quá trình truyền năng lượng do va chạm hay cộng hưởng Förster (FRET) khi khoảng cách giữa các chấm lượng tử dưới 100 Å. Sự phụ thuộc thời gian sống của các exciton theo bước sóng phát xạ cũng đã được chúng tôi nghiên cứu, quá trình động học của exciton là rất phức tạp và vẫn chưa được sáng tỏ hoàn toàn. Chúng tôi đã dựa trên các nghiên cứu của Efros về sự tồn tại của các exciton tối trong chấm lượng tử CdTe, chính sự tham gia của các trạng thái exciton tối làm cho thời gian sống trung bình của exciton trong chấm lượng tử dài hơn và tăng theo kích thước hay bước sóng phát xạ của chấm lượng tử.
Kết luận
Với nhu cầu nghiên cứu một số quá trình động học của vật liệu nano nói riêng và vật liệu nói chung bằng phép đo thời gian sống phát quang, chúng tôi đã xây dựng thành công hệđo thời gian sống phát quang trên cơ sở kỹ thuật đếm đơn photon tương quan thời gian. Các kết quả của luận văn bao gồm:
• Nghiên cứu, thiết kế, xây dựng thành công hệđếm đơn photon tương quan thời gian bao gồm: Xây dựng hệ đo thời gian sống của vật liệu cấu trúc nano với nguồn kích diode laser pico giây tại bước song 405 nm bằng kỹ thuật TCSPC với độ phân giải dưới 300 pico giây, chương trình đo và xử lý tín hiệu.
• Thực hiện phép đo thời gian sống và nghiên cứu quá trình động học trên trạng thái kích của một số vật liệu nano:
− Khảo sát thời gian sống của phân tử Rh6G trong dung môi H2O khi có mặt hạt nano vàng, qua đó đánh giá hiệu suất truyền năng lượng bề mặt (surface energy transfer - SET) từ lưỡng cực phân tử chất màu Rh6G tới hạt nano vàng.
− Nghiên cứu thời gian sống của chấm lượng tử CdTe/CdS dạng keo: Sự
phụ thuộc lên nồng độ và bước sóng phát xạ của thời gian sống của exciton trong chấm lượng tử CdTe/CdS. Chỉ ra sự tồn tại và ảnh hưởng của trạng thái exciton tối trong chấm lượng tử CdTe.
Tuy nhiên luận văn vẫn còn những hạn chế sau:
− Về trình bày: Do nội dung dàn trải thành hai phần lớn là nghiên cứu và xây dựng hệ TCSPC và ứng dụng nghiên cứu một số quá trình động học của vật liệu nano. Đối tượng nghiên cứu vì thế không được tập trung nên một số vấn đề trình bày chắc chắn còn thiếu sót.
− Về nội dung và kết quả khoa học: Do đối tượng nghiên cứu gồm hai phần tách rời nhau, vì vậy bản luận văn còn dàn trải về nội dung. Vì không trực tiếp chế tạo vật liệu cũng như điều kiện tiến hành thực nghiệm còn khó khăn, các thí nghiệm đòi hỏi sự tỉ mỉ và phức tạp, hơn nữa do khả năng hạn chế của tác giả nên kết quả nghiên cứu trong chương 3 chưa sâu sắc và trọn vẹn.
Trong thời gian tới, chúng tôi tiếp tục nâng cao và hoàn thiện hệđo. Ứng dụng hệ đo thời gian sống TCSPC trong nghiên cứu các quá trình động học trên trạng thái kích thích của vật liệu cấu trúc nano. Như các phép đo phân giải thời gian trong nghiên cứu
ứng dụng vật liệu nano làm sensor sinh học trên cơ sở hiệu ứng truyền năng lượng cộng hưởng Förster (FRET biosensor)[16, 22, 27, 30], hay hiệu ứng truyền năng lượng bề
mặt NSET (NSET biosensor)[19], .. Tiếp tục nghiên cứu các quá trình động học của chấm lượng tử và các vật liệu nano khác. Chủđộng trong nguồn vật liệu nghiên cứu đó là trực tiếp hoặc tham gia chế tạo và phân tích vật liệu cần nghiên cứu.
Tài liệu tham khảo
1. A. Schiilzgen, J. Puls, F. Henneberger and V. Jungnickel (1993), Physica B
185, 571.
2. A. F. van Driel, G. Allan, C. Delerue, P. Lodahl, W. L. Vos, and D. Vanmaekelbergh (2005), Phys. Rev. Lett.95, 236804 .
3. A. F. van Driel, I. S. Nikolaev, P. Vergeer, P. Lodahl, D. Vanmaekelbergh, and W. L. Vos (2007), Phys. Rev. B75, 035329.
4. A. Wolcott, D. Gerion, M. Visconte, J. Sun, A. Schwartzberg, S.W. Chen and J.Z. Zhang (2006), J. Phys. Chem. B 110, 5779.
5. A.M. Schwartzberg, T.Y. Olson, C.E. Talley and J.Z. Zhang (2006), J. Phys. Chem. B 110, 19935.
6. Al. L. Efros and M. Rosen (1996), Phys. Rev. B 54, 4843. 7. B. N. Persson and N. D. Lang (1982), Phys. Rev. B26, 5409.
8. C. de Mello Donegá, M. Bode, and A. Meijerin (2006), Phys. Rev. B 74, 085320. 9. C. S. Yun, A. Javier, T. Jennings, M. Fisher, S. Hira, S. Peterson, B.Hopkins, N.
O. Reich, and G. F. Strouse (2005), J. Am. Chem. Soc. 127, 3115.
10. Clare Higgins, Manuela Lunz, A. Louise Bradley, Valerie A. Gerard, Stephen Byrne, Yurii K. Gun’ko, Vladimir Lesnyak, and Nikolai Gaponik (2010), Optics express, vol 18, 24486.
11. D. H. Feng, Z. Z. Xu, T. Q. Jia, X. X. Li, and S. Q. Gong (2003), Phys. Rev. B68, 035334.
12. Dao Duy Thang, Nguyen Dinh Hoang, Phung Viet Tiep, Nguyen Thanh Binh, Dinh Van Trung (2010), “Development of A Time-Correlated Single Photon Counting System for Fluorescence Life-Time Measurements”, Proc. of The First Academic Conference on Natural Science for Master and Phd. Students from Cambodia – Laos – Vietnam.
13. Dinh Van Trung, Dao Duy Thang, Nguyen Dinh Hoang, Phung Viet Tiep (2011), “A Compact Picosecond Diode Laser: Design And Characterization”, Proc. of The 6th International Conference on Photonics and Applications.
14. G. Mie (1908), Ann. Phys. 25, 377.
15. Germar Schlegel, Jolanta Bohnenberger, Inga Potapova, and Alf Mews (2002),
Phys. Rev. Let.88, 137401.
16. Gor L.Medintz etal (Sep. 2003), Nature materials, Vol. 2, 630.
17. J. R. Lakowicz (2006), Principles of Fluorescence Spectroscopy - 3rd Ed. Springer, New York, Ch. 13.
18. James E. Martin, Lauren E. Shea-Rohwer (2006), Journal of Luminescence 121, 573.
19. Jelani Griffin, Anant Kumar Singh, Dulal Senapati, Patsy Rhodes, Kanieshia Mitchell, Brianica Robinson, Eugene Yu, and Paresh Chandra Ray (2009), Chem. Eur. J. 15, 342.
20. Jin Zhong Zhang (2009), Optical properties and spectroscopy of nanomaterials, World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., Singapore.
21. Jiri Homola (2008), Chem. Rev.108, 462.
22. Ke Sun, Milana Vasudev, Hye-Son Jung , Jianyong Yang, Ayan Kar, Yang Li, Kitt Reinhardt, Preston Snee, Michael A. Stroscio, Mitra Dutta (2009),
Microelectronics Journal40, 644.
23. Kristin Luery (July 9, 2003), “Failure of the Constant Fraction Discriminator”
www.galileo.phys.virginia.edu.
24. Li Guo and Todd D. Kraussa, Carl B. Poitras, Michal Lipson, Xiaowei Teng and Hong Yang (2006), Appl. Phys. Lett. 89, 061104.
25. Link, Mostafa A. El-Sayed (2003), Ann. Rev. Phys. Chem. 54, 331.
26. Mani Prabha Singh and Geoffrey F. Strouse (2010), J. Am. Chem. Soc. 132, 9383. 27. Maureen A. Walling, Jennifer A. Novak and Jason R. E. Shepard (2009), Int. J.
Mol. Sci. 10, 441.
28. P. M. Whitmore, H. J. Robota, C. B. Harris (1982), J. Chem. Phys. 77, 1560. 29. Paul Harrison (2005), Quantum Wells, Wires and Dots: Theoretical and
Computational Physics of Semiconductor Nanostructures – 2nd Ed., John Wiley & Sons, Ltd.
30. Petr Kaláb, Jon Soderholm, (2010 Jun), Methods 51(2):220-32. Epub 2010 Jan 22. 31. Pham Song Toan, Nguyen Quang Liem and Trinh Duc Thien (2010),
Communications in Physics, Vol. 20, No. 3 pp. 377.
32. R. Chance, A. Prock, and R. Silbey (1978), Adv. Chem. Phys. Vol. 37, Pg. 1-65. 33. Somnath Bhowmick, Sangeeta Saini, Vijay B. Shenoy, Biman Bagchi (2006), J.
Chem. Phys.125, 181102.
34. Sotirios Baskoutas, Andreas F. Terzis (2006), J. Appl. Phy. 99, 013708.
35. Stefan A. Maier (2007), Plasmonics: Fundamentals and Applications, Springer. 36. Stephan Link and Mostafa A. El-Sayed (1999), J. Phys. Chem. B103, 4212. 37. T. L. Jennings, M. P. Singh, and G. F. Strouse (2006), J. Am. Chem. Soc. 128,
5462.
38. Tapasi Sen and Amitava Patra (2008), J. Phys. Chem. C, 112, 3216. 39. Tapasi Sen and Amitava Patra (2009), J. Phys. Chem. C, 113, 13125.
40. Tapasi Sen, Suparna Sadhu, and Amitava Patra (2007), Appl. Phys. Let. 91, 043104.
41. Thi Ha Lien Nghiem et al. (2010), Adv. Nat. Sci.: Nanosci. Nanotechnol. 1, 025009.
42. Travis L. Jennings (2006), Nanomaterials: Synthesis, Characterization, And Their Bio-Integration, PhD thesis, The Florida State University.
43. Ung Thi Dieu Thuy, Pham Song Toan, Tran Thi Kim Chi, Dinh Duy Khang and Nguyen Quang Liem (2010), Adv. Nat. Sci.: Nanosci. Nanotechnol.1, 045009. 44. W. Becker (2005), Advanced time-correlated single photon counting techniques,
Springer.
45. W. Uhring, C.V. Zint, J. Bartringer (2004), “A low cost high repetition rate picosecond laser diode pulse generator”, Proc. SPIE 5452, page 583.
46. W. William Yu, Lianhua Qu, Wenzhuo Guo, and Xiaogang Peng (2003), Chem. Mater.15, 2854.
47. Wei-Ping Li, Zi-Wu Wang, Ji-Wen Yin, Yi-Fu Yu, Jing-Lin Xiao (2008),
Physica B403, 3709.
48. Xiaobo Feng, Guiguang Xiong, Xi Zhang, and Hongliang Jiang (2008), J. Phys. Condens. Matter 20, 025219.
49. Yasuaki Masumoto and Koji Sonobe (1997), Phys. Rev. B56, 9734. 50. Yosuke, Kayanuma (1988), Phys. Rev. B 38, 9797.
51. http://www.alldatasheet.com. 52. http://www.nextnano.de/nextnano3/tutorial/1Dtutorial_QW_exciton.htm. 53. http://www.knowledgedoor.com/2/elements_handbook/free_electron_fermi_surfa ce_parameters.html 54. http://www.olympusmicro.com/primer/techniques/confocal/applications/fretintro. html 55. http://www.siliconfareast.com/lattice_constants.htm.
Các công trình công bố có liên quan đến luận văn:
1. Dao Duy Thang, Nguyen Dinh Hoang, Phung Viet Tiep, Nguyen Thanh Binh and Dinh Van Trung (2010), “Development of a time-correlated single photon counting system for fluorescence life-time measurements”, Proc. of the First Academic Conference on Natural Science for Master and Phd. Students from Cambodia – Laos – Vietnam, pp 351-356.
2. Đào Duy Thắng, Nguyễn Đình Hoàng, Phùng Việt Tiệp, Nguyễn Thị Thanh Bảo, Nghiêm Thị Hà Liên, Nguyễn Thanh Bình, Đinh Văn Trung (2010), “Phát triển hệ đếm đơn photon tương quan thời gian, ứng dụng khảo sát hiệu suất truyền năng lượng giữa phân tử chất màu Rh6G tới hạt nano vàng”, Kỷ yếu hội nghị
quang học quang phổ toàn quốc lần thứ 6. (Sẽ xuất bản trong tháng 11/2011) 3. Dinh-V-Trung, Dao Duy Thang, Nguyen Dinh Hoang, Phung Viet Tiep (2010),
“A compact picosecond diode laser: Design and characterization”, Proc. of The 6th International Conference on Photonics and Applications. (Will be published in Nov. 2011).
Các công trình khác:
1. Nguyen Dinh Hoang, Nguyen Thanh Binh, Nguyen Trong Nghia, Do Quoc Khanh, Dao Duy Thang, Phung Viet Tiep, Nguyen Dai Hung (2008), “Two-photon fluorescence spectroscopy of biomedical fluorophores using passively mode-locked Nd:YVO4 laser excitation”, Proc. of 5th National Conference on Optics and Spectroscopy, pp. 772-776.
2. Nguyen Dinh Hoang, Phung Viet Tiep, Dao Duy Thang, Vu T Thuy Duong, Hoang Huu Hoa, Pham Long, Philippe Brechignac and Nguyen Dai Hung (2009), “Spectral dynamics of nanosecond energy-transfer binary dye lasers”, Proc. of 5th The 5th Asian Symposium on Intense Laser Science (ASILS-5), pp 257-264. 3. Nguyen Trong Nghia, Do Quoc Khanh, Dao Duy Thang, Phung Viet Tiep, A. S.
Grabtchikov, V.A. Orlovich and Nguyen Dai Hung (2009), “Diode-pumped Nd: doped lasers passively q-switched with a Cr4+: YAG crystal or a semiconductor saturable absorber mirror”, Proc. of The 5th Asian Symposium on Intense Laser Science (ASILS-5), pp 270-276.
4. Dinh Van Trung, Nguyen Thanh Binh, V. Kabashnikov, A. Chaikovsky, Nguyen Dinh Hoang, Dao Duy Thang, Phung Viet Tiep, Vu Thi Bich and Nguyen Dai Hung (2009), “Development of lidar system for atmospheric research”,
Proceedings of The 5th Asian Symposium on Intense Laser Science (ASILS-5), pp 333-337.