Tính chất từ của các NC CdTe1-xSexpha tạp Ni

3. Phương pháp nghiên cứu

3.3. Tính chất từ của các NC CdTe1-xSexpha tạp Ni

Chúng tôi cũng nghiên cứu tính chất từ của các NC Cd1-xNixTeSe (x = 0-0.05) tại nhiệt độ phòng bằng phép đo đường cong từ trễ M(H). Kết quả M(H) biểu diễn trong hình 3.17 cho thấy sự tồn tại đồng thời 2 pha sắt từ yếu (FM) và nghịch từ (DM) trong các NC Cd1-xNixTeSe. Tính chất nghịch từ trở nên rõ hơn khi H> 5 kOe với giá trị độ từ hóa ~610-7 emu/gOe và gần như không phụ thuộc vào x, điều này liên quan đến sự hoàn hảo của mạng nền CdTeSe do Cd2+ (d10), Te2- và Se2- là các ion không có từ tính.Bên cạnh tính chất nghịch từ, các NC CdTeSe không pha tạp còn thể hiện tính sắt từ yếu phù hợp với các sai hỏng mạng, như trong trường hợp các cấu trúc nano d0-oxit sắt từ [30, 31]. Đặc biệt, pha tạp Ni trong các NC Cd1-xNixTeSe với x> 0 làm thay đổi mạnh trật tự FM. Các moment từ đạt đến trạng thái bão hòa khi H> 5 kOe, xem hình 3.17. Để loại bỏ sự đóng góp của DM, chúng tôi đã xác định từ độ bão hòa (Ms) của các mẫu, với kháng từ Hc của chúng gần bằng không. Như quan sát hình nhỏ trong hình 3.17, Mstăng nhanh từ ~210-3 emu/g cho x = 0 tới ~2310-3 emu/g cho x = 0.001, nhưng giảm dần nếu x tiếp tục tăng. Điều đó có nghĩa Ms đạt cực đại tại x = 0.001 và giảm dần khi x 0.003. Mặc dù Ms giảm khi x tăng nhưng giá trị Ms của các NC Cd1-xNixTeSe luôn lớn hơn giá trị Ms của x = 0 (CdTeSe). Điều này phản ánh trật tự FM thay đổi trong các NC Cd1-xNixTeSe liên quan đến các tạp Ni. Các nghiên cứu trước đây về các NC CdSe và CdS pha tạp Ni cũng cho thấy các mẫu có các tính chất DM và PM tại nhiệt độ phòng. Tuy nhiên một vài nhóm nghiên cứu khác lại quan sát thấy tính sắt từ trong các NC ZnS pha tạp Ni [29, 30]. Theo hiểu biết của chúng tôi, không có công trình nào trước đây nghiên cứu về các tính chất từ tính các hợp kim bán dẫn pha tạp Ni. Trong nghiên

các oxit Ni bị bỏ qua, vì phổ XRD không chỉ ra sự hiện diện của chúng. Ngoài ra, nếu các đám Ni hình thành trong các mẫu thì Ms sẽ tăng khi tăng x vì Ni là kim loại sắt từ. Về cơ bản, tương tác trao đổi giữa các spin định xứ của các ion TM và các hạt tải tự do (tương tác sp-d) với sự có mặt của các khuyết tật bên trong đã được chấp nhận rộng rãi để giải thích tính sắt từ trong các chất bán dẫn có cấu trúc nano pha tạp TM [30, 31]. Chúng tôi tin rằng tính sắt từ trong các NC Cd1-xNixTeSe được tạo ra từ tương tác trao đổi FM thông qua các khuyết tật giữa các ion Ni2+(d8) trong cấu hình t26geg2, S = 1. Những tương tác này trở nên mạnh nhất khia x = 0.001~0.003. Tuy nhiên nhiều ion Ni2+ được đưa vào các NC khi x 0.003 sẽ kích thích các tương tác siêu trao đổi chống FM giữa chúng, làm giảm Ms như quan sát trong Hình 3.17. Hiện tượng như vậy cũng được tìm thấy trong các NC ZnS pha tạp Ni với hàm lượng Ni cao [25]. Rõ ràng, có thể kiểm soát các thuộc tính quang học và từ tính của các NC Cd1-xNixTeSe như mong đợi bằng cách điều chỉnh nồng độ Ni một cách hợp lý, làm cho chúng phù hợp hơn cho các ứng dụng quang điện từ.

Hình 3.17. Đường cong M(H) của các NC Cd1-xNixTeSe tại nhiệt độ phòng. Đồ thị nhỏ bên trong biểu diễn sự phụ thuộc của Mstheo x.

KẾT LUẬN Luận văn đã thu được các kết quả chính sau:

1. Đã chế tạo thành công các NC hợp kim CdTe1−xSex:Niy với các thành phần nguyên tố phân bố đồng đều bằng phương pháp hóa ướt trong dung môi không liên kết ODE sử dụng các tiền chất CdO, Te và Se.

2. Các kết quả nghiên cứu đã cho thấy hoạt tính hóa học của Te mạnh hơn nhiều so với Se trong phản ứng với Cd. Để chế tạo thành công các NC CdTe1−xSex:Niy với các thành phần nguyên tố phân bố đồng đều thì cần bơm chậm tiền chất Te và Se vào dung dịch phản ứng chứa Cd tại nhiệt độ cao và ủ nhiệt trong thời gian dài.

3. Bằng việc thay đổi thành phần x trong khi kích thước của các NC gần như không thay đổi, bước sóng phát xạ của các NC CdTe1−xSex có thể thay đổi từ 618 nm đến 719 nm và dịch về phía bước sóng ngắn hơn khi tăng thành phần Se (x).

4. Sự pha tạp Ni với hàm lượng lên đến 10 % không làm thay đổi hình dạng, kích thước và cấu trúc của các NC CdTe1−xSex:Niy. Độ rộng vùng cấm của các NC CdTe1−xSex:Niy tăng nhẹ, trong khi thời gian sống exciton tăng đáng kể khi hàm lượng Ni tăng.

5. Kết quả khảo sát tính chất từ cho thấy sự tồn tại đồng thời 2 pha sắt từ yếu và nghịch từ trong các NC Cd1-xNixTeSe.

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Anh

1. A. Salman, Spectroscopy and kinetic studies of electron-hole recombination in CdSe nanoparticles effect of size, shape, and lattice structure, Ph. D. Thesis, Lausanne, EPFL, chapter 1. 2007.

2. J. Li, J. B. Xia, Exciton states and optical spectra in CdSe nanocrystallite quantum dots, Phys. Rev. B, 61, 2000, 15880- 15886.

3. X. Zhong, M. Han, Z. Dong, T. J. White,W. Knoll, Composition-Tunable ZnxCd1-xSe Nanocrystals with High Luminescence and Stability,J. Am. Chem. Soc, 125, 2003, 8589– 8594.

4. S. Acharya, N. Pradhan, Insertion/Ejection of Dopant Ions in Composition Tunable Semiconductor Nanocrystals, J. Phys. Chem, 115,2011, 19513–19519.

5. N.X. Ca, N.T. Hien, N.T. Luyen, V.T.K. Lien, L.D. Thanh, P.V. Do, N.Q.Bau,T.T. Pham, J. Alloy. Comp, 787,2019, 823-830.

6. R. N. Bhargava, D. Gallagher, X. Hong, A. Nurmikko, Optical properties of manganese- doped nanocrystals of ZnS,Phys. Rev. Lett, 72, 1994, 416-419.

7. N. Yao, & V. Na, High-Quality Manganese-Doped ZnSe, Nanocrystals, 1, 2001, 3–7.

8. N. Pradhan, D. Goorskey, J. Thessing & X. Peng, An alternative of CdSe nanocrystal emitters: Pure and tunable impurity emissions in ZnSe nanocrystals, J. Am. Chem. Soc, 127, 2005, 17586–17587.

9. N. S. Karan, D. D. Sarma, R. M. Kadam & N. Pradhan, Doping Transition Metal (Mn or Cu) Ions in Semiconductor Nanocrystals, J Phys. Chem. Lett, 1, 2010, 2863–2866.

10. Z. Han, L. Ren, L. Chen, M. Luo, H. Pan, C. Li, J. Chen, Synthesis and optical properties of water- soluble CdTe1-xSex quantum dost with ultra-long fluorescence lifetime, J. Alloy. Comp, 699, 2017, 216-221.

11. L. Liao, H. Zhang, X. Zhong, Facile synthesis of red-to near-infrared-emitting CdTe1-xSex

alloyed quantum dots via a noninjection one-pot route, J. Lumines,131, 2011, 322-327. 12. Z. Wan, W. Luan, S. Tu, Continuous synthesis of CdTe1-xSex nanocrystals: Chemical

composition gradient and single-step capping, J. Coll. Inter. Sci, 356, 2011, 78–85. 13. N. S. Karan, D. D. Sarma, R. M. Kadam, N. Pradhan, Doping Transition Metal ( Mn or Cu

) Ions in Semiconductor Nanocrystals, J. Phys. Chem. Lett, 1, 2010, 2863–2866.

14. P. Sharma, A. Gupta, F.J. Owens, A. Inoue, K.V. Rao, Room temperature spintronic material - Mn-doped ZnO revisited, J. Magnet. Mater, 282, 2004, 115.

15. T.L. Phan, T.A. Ho, N.T. Dang, M.C. Nguyen, V.D. Dao, Electronic structure, optical and magnetic studies of PLD-grown (Mn, P)-doped ZnO nanocolumns at room temperature, J. Phys. D: Appl. Phys, 50, 2017, 295002.

16. T.L. Phan, S.C. Yu, Optical and magnetic properties of Zn1–xMnxO nanorods grown by chemical vapor deposition, J. Phys. Chem. C, 117, 2013, 6443.

17. S. Kumar, S. Jain, N.K. Verma, Magnetic and structural characterization of transition metal co-doped CdS nanoparticles, App. Nano, 2, 2012, 127.

18. G. X. Liang, M. M. Gu, J. R. Zhang and J. J. Zhu, Preparation and bioapplication of high- quality, water-soluble, biocompatible, and near-infrared-emitting CdSeTe alloyed quantum dots, Nanotechnology, 20, 2009, 415103.

19. M. R. Kim, S. Y. Park and D. J. Jang, Composition Variation and Thermal Treatment of ZnxCd1-xS Alloy Nanoparticles to Exhibit Controlled and Efficient Luminescence, J. Phys. Chem. C, 114, 2010, 6452-6457.

20. Y. Kelestemur, B. Guzelturk, O. Erdem, M. Olutas, T. Erdem, C. F. Usanmaz, K. Gungor and H. V. Demir,CdSe/CdSe1–xTex Core/Crown Heteronanoplatelets: Tuning the Excitonic Properties without Changing the Thickness, J. Phys. Chem. C, 121, 2017, 4650-4658. 21. X. Wang, Y. Xu, R. Tong, X. Zhou, Q. Li and H. Wang,Compositional effects and optical

properties of CdSeXTe1−X alloyed nanotube arrays, Cryst. Eng. Comm, 17, 2015, 960-966. 22. N. X. Ca, N. T. Hien, P. M. Tan, T. L. Phan, L. D. Thanh, P. V. Do, N. Q. Bau, V. T. K.

Lien and H. T. Van, Tunable dual emission in type-I/type-II CdSe/CdS/ZnSe nanocrystals, J. Alloy. Comp, 791, 2019, 144-151.

23. J. Zhang,Q. Yang,H. Cao, C. I. Ratcliffe,D. Kingston, Q. Y. Chen, J. Ouyang,X. Wu,D. M. Leek,F. S. Riehleand K. Yu,Bright Gradient-Alloyed CdSexS1–x Quantum Dots Exhibiting Cyan-Blue Emission, Chem. Mater, 28, 2016, 618−625.

24. S. Dey,S. Chen,S. Thota, M. R. Shakil, S. L. Suiband J. Zhao,Effect of Gradient Alloying on Photoluminescence Blinking of Single CdSxSe1–x Nanocrystals, J. Phys. Chem. C, 120, 2016, 20547−20554.

25. B. E. Robert and S. Nie,Alloyed Semiconductor Quantum Dots:  Tuning the Optical Properties without Changing the Particle Size, J. Am. Chem. Soc, 125, 2003, 7100-7106. 26. B.T. Spann, X. Xu,Quantifying electron-phonon coupling inCdTe1−xSex nanocrystals via

coherent phonon manipulation, Appl. Phys. Lett, 105, 2014, 083111.

27. R. Viswanatha, S. Sapra, S.S. Gupta, B. Satpati, P.V. Satyam, B.N. Dev, D.D. Sarma, Synthesis and Characterization of Mn-Doped ZnO Nanocrystals, J. Phys. Chem. B, 108, 2004, 6303.

28. C.E. Kim, P. Moon, S. Kim, J.M. Myoung, H.W. Jang, J. Bang, I. Yun,Effect of carrier concentration on optical bandgap shift in ZnO:Ga thin films, Thin Solid Films, 518, 2010, 6304.

Tài liệu tiếng Việt.

29. Lê Bá Hải, Luận văn tiến sĩ, Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang của các chấm lượng tử bán dẫn CdSe, CdSe/CdS, Viện khoa học Vật liệu (2010)

30. Phạm Minh Kiên, luận văn thạc sĩ, Nghiên cứu chế tạo và tính chất quang của nano tinh thể ba thành phần ZnxCd1-xS pha tạp kim loại chuyển tiếp, Viện Vật lý (2014)

31. Đỗ Thị Tú Quyên, luận văn thạc sĩ, Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang của nano tinh thể bán dẫn hợp kim CdTe1-xSex, Đại học Khoa học Thái Nguyên (2018)