Geri Dön

Exciton harvesting systems of nanocrystals

Nanokristalli eksiton hasati sistemleri

PDF İndir

  1. Tez No: 297736
  2. Yazar: EVREN MUTLUGÜN
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Yarı iletken nanokristaller, ışınımsal olmayan enerji transferi, eksitonlar, ışık hasatı, Semiconductor nanocrystals, nonradiative energy transfer, excitons, light harvesting
  7. Yıl: 2011
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
  10. Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Fizik Bölümü
  12. Bilim Dalı: Katıhal Fiziği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 172

Özet

Kolloidal kuantum noktacıkları olarak da bilinen yarı iletken nanokristaller, biyo-etiketlemenin de içerisinde olduğu yenilikçi ışık hasatı sistemleri için oldukça büyük bilimsel ilgi kazanmıştır. Organik boyalar ve floresan proteinler, biyo-hedef ve canlı hücre görüntüleme için sıklıkla kullanılsa da, sahip oldukları esas optik özellikleri, dar uyarım penceresi gibi, onların ileri uygulamalar için kullanımlarını, örn. spektral çoklama, sınırlamaktadır. Organik ışıyıcılarla karşılaştırıldığında kuantum noktacıklarının sahip olduğu yüksek fotolüminesans verimliliği, ayarlanabilir ışıma dalga boyları, dar ışıma tayfları, yüksek soğurma katsayıları ve geniş soğurma tayfları gibi üstün özellikleri yenilikçi ışık hasatı kompozitlerini keşfetmemizi sağlamaktadır. Bu sistemlerde ise bilimsel zorluk, bir türden diğerine, ayarlanabilir ve farklı şekillerde uygulanabilir özellikleriyle yüksek verimli enerji transferi elde etmektir.Bu tez, bu sorunları karşılamak için kavramsal bir ilerleme olarak, Förster tipi ışınımsal olmayan enerji transferi temelli eksitonik etkileşime dayanan, yeni sınıf farklı şekillerde uygulanabilir yarı iletken nanokristalli ışık hasatı sistemlerini önerip göstermektedir. Bu tezde biz, sentezlendiği hali ile fotolüminesans kuantum verimlilikleri %95'ten daha yüksek kolloidal kuantum noktacıklarını verimlilikleri tama yakın şekilde sentezledik. Kavramsal ispat olarak, kompozit yapı içerisinde eksitonların kuantum noktacıklardan flöresan proteinlere gönderildiği, yüksek verimlilikte eksiton hasatı elde ettiğimiz proteinlere bağlı noktacıkları sistemlerini çalışıp elde ettik. Bu çalışmalar yeşil flöresan protein için çok yüksek kat (15 kata kadar ayarlanabilir) ışık hasatını sağlamıştır. Organik boya moleküllerini kuantum noktacıkları ile elektrostatik olarak etkileştirerek, noktacıklardan moleküllere yüksek verimlilikle (%94'e kadar) eksiton transferini gerçekleştirdik. Bununla birlikte üst düzey büyük alanlı uygulamalara yol açan, daha önce hiç benzeri görülmemiş, büyük alanlı (50 cm × 50 cm'den büyük), tek başına ayakta durabilen, esnek nanokristal membranlarını gösterdik. Bu tezde ayrıca deneysel sonuçlarımızı desteklemesi için eksiton-eksiton çiftlemesi esasına dayanan modelleme yaptık. Bu tez biyoeiketleme ve optoelektronikte eksiton hasatı için yeni olasılıklar açmaktadır.

Özet (Çeviri)

Semiconductor nanocrystals, also known as colloidal quantum dots, have gained substantial scientific interest for innovative light harvesting applications including those in biolabeling. Organic dyes and fluorescent proteins are widely used in biotargeting and live cell imaging, but their intrinsic optical properties, such as narrow excitation windows, limit their potential for advanced applications, e.g., spectral multiplexing. Compared to these organic fluorophores, favorable properties of the quantum dots including high photoluminescence quantum yields together with tunable emission peaks and narrow spectral emission widths, high extinction coefficients, and broad absorption bands enable us to discover and innovate light harvesting composites. In such systems, however, the scientific challenge is to achieve high levels of energy transfer from one species to the other, with additional features of versatility and tunability.To address these problems, as a conceptual advancement, this thesis proposes and demonstrates a new class of versatile light harvesting systems of semiconductor nanocrystals mediated by excitonic interactions based on Förster-type nonradiative energy transfer. In this thesis, we synthesized near-unity efficiency colloidal quantum dots with as-synthesized photoluminescence quantum yields of >95%. As proof-of-concept demonstrations, we studied and achieved highly efficient exciton harvesting systems of quantum dots bound to fluorescent proteins, where the excitons are zipped from the dots to the proteins in the composite. This led to many folds of light harvesting (tunable up to 15 times) in the case of the green fluorescent protein. Using organic dye molecules electrostatically interacting with quantum dots, we showed high levels of exciton migration from the dots to the molecules (up to 94%). Furthermore, we demonstrated stand-alone, flexible membranes of nanocrystals in unprecedentedly large areas (> 50 cm × 50 cm), which paves the way for high-end, large-scale applications. In the thesis, we also developed exciton-exciton coupling models to support the experimental results. This thesis opens up new possibilities for exciton-harvesting in biolabeling and optoelectronics.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    75836

    Electronic excited states and excitation transfer kinetics in the FMO protein complex of the photosynthetic bacterium prosthecochlorisaestuarii at low temperatures

    Fotosentetik bakteri prosthecochloris aestuarii'nin FMO protein kompleksinin düşük sıcaklıklardaki elektronik uyarılmış durumları ve enerji aktarım kinetiği

    ERKUT İNAN İŞERİ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    1998

    Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. DEMET GÜLEN

  2. Tez No

    153302

    Exiton simulations of the optical properties of several photosynthetic light-harvesting complexes

    Çeşitli fotosentetik ışık derleyici komplekslerin optik özelliklerinin eksiton simülasyonları

    ERKUT İNAN İŞERİ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2004

    Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF.DR. DEMET GÜLEN

  3. Tez No

    35592

    Optical properties of the light horvesting complex of green plants: A dimeric excition model

    Yeşil bitkilerin ışık derleyici kompleksinin optik özellikleri: İkili excition modeli

    SEPİDEH AKBARIFARD

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    1994

    Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. DEMET GÜLEN

  4. Tez No

    434228

    Physics of nonradiative energy transfer in the complex media of 0D, 2D and 3D materials

    0, 2 ve 3 boyutlu malzemelerin oluşturduğu karmaşık yapılarda ışınımsız enerji transferinin fiziği

    AYDAN YELTİK

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR

  5. Tez No

    93074

    Electronic excited states of the CP29 antenna complex of green plants: A model based on exciton calculations

    Yeşil bitkilerin CP 29 anten kompleksinin elektronik uyarılmış durumları: Eksiton hesaplarına dayalı model

    DUYGU ALBAYRAK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2000

    Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DEMET GÜLEN

Geri Dön