5. Nội dung nghiờn cứu
3.1.3. Phổ huỳnh quang của cỏc hạt nano bỏn dẫn CdSe và CdSe/CdS
So sỏnh phổ huỳnh quang của cỏc hạt nano cỏc hạt nano CdSe/CdS với phổ huỳnh quang của cỏc hạt nano lừi CdSe trong cựng điều kiện sẽ cho thụng tin về cấu trỳc của cỏc hạt nano CdSe/CdS. Hỡnh 3.8 trỡnh bày phổ huỳnh quang của cỏc hạt nano CdSe/CdS so sỏnh với phổ huỳnh quang của cỏc hạt nano CdSe lừi trong cựng điều kiện chế tạo với tỷ lệ w = 1 và cựng thời gian khuấy lừi CdSe là 1 giờ. Đỉnh phổ huỳnh quang quan sỏt thấy với CdSe là 590 nm trong khi đỉnh phổ huỳnh quang của CdSe/CdS 605 nm. Trước hết, phải khẳng định rằng phỏt xạ ở 605 nm của cỏc hạt nano CdSe/CdS chớnh là phỏt xạ của bỏn dẫn CdSe lừi, khụng thể là phỏt xạ của bỏn dẫn CdS vỡ bỏn dẫn khối CdS cú độ rộng vựng cấm là 2,5 eV (tương ứng với phỏt xạ ở bước súng 500 nm). Kết quả này cũng phự hợp với kết quả đo phổ hấp thụ: bờ hấp thụ của cỏc hạt nano CdSe/CdS khụng dịch nhiều so với bờ hấp thụ của CdSe. Cường độ phỏt xạ của cỏc hạt nano CdSe/CdS tăng lờn gấp hơn 2 lần so với cường độ phỏt xạ của cỏc hạt nano CdSe lừi chứng tỏ lớp bỏn dẫn CdS đó tạo thành lớp vỏ bọc xung quanh cỏc hạt nano CdSe để hạn chế cỏc trạng thỏi bề mặt, làm giảm cỏc tỏi hợp khụng bức xạ làm cường độ huỳnh quang tăng lờn. Hơn nữa, từ kết quả đo quang phổ Raman ở trờn cho thấy cú cỏc vạch phổ dao động của cỏc liờn kết CdSe và cả CdS. Như vậy, cú thể khẳng định cấu tạo của cỏc hạt nano hạt nano CdSe/CdS bao gồm lừi CdSe và vỏ CdS (hỡnh 3.9).
500 550 600 650 700 0 100 200 300 400 B-ớc sóng (nm) C- ờ n g đ ộ h u ỳ n h q u a n g (đ . v. t. y ) CdSe/CdS CdSe 590 nm 605 nm
Hỡnh 3.8. Phổ huỳnh quang của cỏc hạt nano CdSe và CdSe/CdS với cựng một kớch thước lừi CdSe được chế tạo với tỷ lệ w = 1
Hỡnh 3.9. Minh họa cấu trỳc lừi/vỏ của cỏc hạt nnao CdSe/CdS đó chế tạo
Như vậy, giống như ở phổ hấp thụ, đỉnh phỏt xạ của cỏc hạt nano CdSe sau khi bọc lớp vỏ CdS bị dịch về phớa súng dài một khoảng nhỏ. Sự dịch đỏ này cú thể giải thớch là do cỏc hiệu ứng giam giữ lượng tử, giam giữ điện tử và cỏc ứng suất bờn trong sau đõy [13].
1.Sự giam giữ lượng tử
Sự dịch đỏ của đỉnh phổ phỏt xạ của cỏc hạt nano lừi/vỏ so với đỉnh phổ phỏt xạ của cỏc hạt nano chưa bọc cú thể được giải thớch nhờ mụ hỡnh hạt trong hộp. Khi kớch thước của vật liệu bỏn dẫn cú thể so sỏnh được với bỏn kớnh Borh exciton của khối thỡ cỏc mức năng lượng của điện tử trở nờn giỏn đoạn. Điều này dẫn đến độ rộng vựng cấm của bỏn dẫn tăng khi kớch thước tinh thể giảm. Đõy là hiệu ứng giam giữ lượng tử (thấy rừ đối với cỏc hạt nano CdSe mà chỳng tụi đó chế tạo). Hiệu ứng này cú liờn quan đến sự dịch đỏ của đỉnh phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang của cỏc hạt nano CdSe sau khi bọc lớp vỏ CdS. Khi lớp vỏ CdS được hỡnh thành trờn lừi CdSe, kớch thước tổng cộng của cỏc hạt nano CdSe/ZnS là lớn hơn so với kớch thước của lừi. Điều này cho phộp hàm súng của điện tử cú thể định xứ xa hơn và tạo ra một sự dịch đỏ của dịch chuyển bờ (hiệu ứng kớch thước). Hiện tượng này đó được đề cập trong nhiều nghiờn cứu đó được cụng bố, đú là sự mất mỏt điện tử do xuyờn ngầm exciton từ lớp bỏn dẫn lừi sang lớp bỏn dẫn vỏ.
2.Sự giam giữ điện tử
Sự dịch đỏ này cũng cú thể giải thớch bằng một hiệu ứng giam giữ lượng tử khỏc, đú là sự giam giữ điện tử. Sự giam giữ này được minh họa trờn hỡnh 3.10.
Hỡnh 3.10. Mụ tả sự giam giữ lượng tử đối với cỏc hệ hạt nano cấu trỳc lừi/vỏ [19]
Cấu trỳc CdSe/CdS lừi/vỏ cú thể được hỡnh dung như như là cỏc nano tinh thể CdSe bị giam giữ trong một mạng nền CdS. Cấu trỳc này tương tự như một phõn tử bị giam giữ trong một hốc nano. Khi một hạt nano bị giam giữ trong một hốc nano, mức fermi tương ứng, đỉnh vựng húa trị và đỏy vựng dẫn đều được nõng lờn, trong khi độ rộng vựng cấm lại giảm. Hiệu ứng này cú thể tạo nờn một sự dịch đỏ được quan sỏt thấy từ phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang của cỏc hạt nano lừi/vỏ.
3.Cỏc hiệu ứng biến dạng và ứng suất.
Sự dịch đỏ trong phổ huỳnh quang và phổ hấp thụ cú thể giải thớch bởi sự biến dạng cấu trỳc điện tử của lừi CdSe bị gõy ra bởi điện trường tại mặt phõn cỏch với vỏ CdS. Ứng suất gõy ra do sự lệch mạng giữa CdSe và CdS dẫn đến tại mặt phõn cỏch xuất hiện một điện trường nội tại khụng đối xứng, làm ảnh hưởng đến cỏc trạng thỏi điện tử làm cho cỏc mức năng lượng của điện tử thay đổi, gõy ra sự dịch đỏ trong phổ huỳnh quang và phổ hấp thụ.
Hỡnh 3.11. Sự mụ tả lượng tử của cỏc mức năng lượng của một hạt nano trước và sau khi bị giam giữ trong một vỏ lượng tử [19]