В МГУ и Сколтехе с помощью лазера разглядели люминесценцию кремниевых нанокристаллов в «золотой клетке»

Новости науки и техники Комментариев к записи В МГУ и Сколтехе с помощью лазера разглядели люминесценцию кремниевых нанокристаллов в «золотой клетке» нет

Российские ученые измерили люминесценцию нанокристаллов кремния в зависимости от их диэлектрического окружения, создаваемого «золотой решеткой». Физикам удалось выяснить, какие процессы вносят вклад в люминесценцию, и найти оптимальное расстояние между прутьями «решетки». Результаты опубликованы в журнале Scientific Reports.

Plasmon induced modification of silicon nanocrystals photoluminescence in presence of gold nanostripes

We report on the results of theoretical and experimental studies of photoluminescense of silicon nanocrystals in the proximity to plasmonic modes of different types. In the studied samples, the type of plasmonic mode is determined by the filling ratio of a one-dimensional array of gold stripes which covers the thin film with silicon nanocrystals on a quartz substrate. We analyze the extinction, photoluminesce spectra and decay kinetics of silicon nanocrystals and show that the incident and emitted light is coupled to the corresponding plasmonic mode.

https://www.nature.com/articles/s41598-018-22633-x

Sample and PL spectra. (a) Schematic view of the sample with silicon nanocrystals (shown by circles) and a gold grating. Silicon nanocrystals are shown by circles. (b) SEM images of structures under study. (c) Experimental PL spectra for different air slits widths. The black dashed line shows the spectrum for the uniform structure without slits.

Люминесценция — нетепловое свечение вещества после поглощения им энергии возбуждения. Чаще всего встречается явление флуоресценции, когда в качестве возбуждения используют интенсивное световое излучение с определенной длиной волны (лазер). Вещество поглощает энергию лазера и тратит ее на увеличение энергии собственных электронов. В большинстве материалов возбужденные электроны возвращаются в свое первоначальное (основное) состояние, а излишек энергии идет на различные релаксационные процессы. Отличие люминесцирующих материалов в том, что они способны «вернуть» — излучить — часть поглощенной энергии в виде света.

Люминесценция нанокристаллов кремния представляет для ученых особый интерес. Такие кристаллы являются квантовыми точками — частицами с размером, близким к длине волны электрона. Электронный спектр (распределение электронов с разным количеством энергии) квантовой точки представляет собой набор четко разделенных уровней. Поэтому эффективность излучательной рекомбинации — доля энергии, которая не впустую тратится на релаксацию, а идет на люминесценцию, — в них очень высокая. Он гораздо выше, чем для «обычного», крупнокристаллического кремния. Люминесцирующие нанокристаллы кремния применяются в разных оптоэлектрических устройствах (фотодиодах, фоторезисторах, детекторах света и т.д.), а также в медицине, например для обнаружения опухолей.

Ученые из Сколтеха и МГУ им. М.В. Ломоносова решили выяснить, как будут люминесцировать нанокристаллы кремния в зависимости от диэлектрического окружения. Его создавали с помощью проводящей «золотой клетки». Физики разместили слой наночастиц между двумя тонкими пластинками кварца, поверх был нанесен слой прозрачного проводящего стекла ITO (смешанный оксид олова и индия). И, наконец, слой золотых «нанополосок». Расстояние между полосками варьировали — всего было четыре образца с зазорами в 30, 80, 130 и 180 нм. Люминесценцию возбуждали с помощью облучения голубым лазером (325 нм). Все образцы достаточно интенсивно светились в области красного света (700—750 нм).

Выяснилось, что расстояние между золотыми полосками сильно влияет на природу люминесценции. Электрическое поле, создаваемое проводящими пластинами золота, вызывало в образце различные оптические эффекты — дисперсию (зависимость преломления света от его длины волны) и появление поверхностных плазмонов (квазичастиц, квантов колебаний плотности электронного газа). Само же поле в свою очередь зависело от расстояния между золотыми «нанополосками». При маленьких зазорах основной вклад в люминесценцию вносили поверхностные нанокристаллы. Увеличение щели, наоборот, позволяло активизировать и нанокристаллы кремния в глубине образца. Наиболее сильный и яркий пик люминесценции ученые наблюдали при промежуточном расстоянии между полосками в 130 нм.

Источник: https://chrdk.ru/news/v-mgu-i-skoltekhe-razglyadeli-lyuminestcentciyu-kremnievykh-nanokristallov-v-zolotoi-kletke


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2016
Напишите нам:
laser.w@yandex.ru

Back to Top