Synthesis and characterization of colloidal quantum wells: From simple size-tuned core to complex multi-crown structures
Koloidal kuantum kuyularının sentezi ve karakterizasyonu: Basit boyutları ayarlanabilir çekirdekliden karmaşık çoklu taçlı yapılara
- Tez No: 517888
- Danışmanlar: PROF. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 89
Özet
Yarıiletken nanokristallerin yeni bir sınıfı olarak ortaya çıkan koloidal kuantum kuyuları ya da diğer adlarıyla nanolevhalar optoelektronikten nanofotoniğe kadar geniş kullanım alanları bulabilen dikkate değer elektronik ve optik özellikler sergiler. Kademeli soğurma profiline ve dar ışıma tayfına sahip olan nanolevhaların dev osilatör güçleri vardır ve bu sayede eksiton birleşim hızı yüksektir. Tüm bu özellikler ile, atomik olarak düz olan bu yapılar ışık hasatı ve üretimi uygulamaları için caziptir. Bu tezde, iki boyutlu mimariye sahip nanolevhaların boyuta bağlı özelliklerini anlamak için, 4 tek katmanlı CdSe nanolevhaları yatay alanlarını calışma modelimiz olarak kullanarak sabit tutarken en boy oranlarını değiştirdiğimiz sistematik bir çalışma gerçekleştirdik. Bahsedilen çekirdek yapılarında, elektron ve deşiğin her ikisi de çekirdekte sınırlandırılır. Bu şekildeki yapılar tip-I elektronik bant yapısına sahiptir. Nanolevhaların genişliğinin, eksiton Bohr yarıçapa ya da daha düşük bir değere düşürülmesiyle, yapıda ek sınırlanırma etkileri gözlemledik. Ayrıca, CdSe1−xTex alaşımlı taç yapısının 4 tek katmanlı CdSe çekirdeklerin çevresinde büyütülmesiyle tip-II elektronik bant yapısı elde edilebilir. Bu sayede elektron ve deşik dalga fonksiyonları sırasıyla çekirdek ve alaşımlı taç bölgelerinde sınırlandırılır. Uzaysal indirekt eksitona sahip olmaları nedeniyle, bu çekirdek/taç yapısındaki nanolevhalar, olağanüstü uzun birleşme ömürlerine sahiptir. Ayrıca, taç yapısının büyütülmesiyle artan soğurma kesiti, yüksek performanslı optik kazanç elde edilmesine yardımcı olur. Ancak, bu malzemelerin jel oluşturacak şekilde çözelti içinde kararsız olmaları ve film halinde yan yana istiflenme eğilimleri kullanımlarını sınırlandırır. Bu problemi çözmek için, burada tip-II elektronik hetero-yapının etrafına CdS büyüterek çoklu-taç yapısında kararlı bir mimari onerdik ve geliştirdik; bu yapı ile kararlılığı arttırılmış üstün optik kazanç sonuçları elde ettik. Yapısal ve optik karekterizasyonları yapılan bu karmaşık yapılı malzemeler, koloidal nanofotonik ve optoelektronik cihazlar için çok ümit vadetmektedir.
Özet (Çeviri)
As a new class of semiconductor nanocrystals, colloidal quantum wells (CQWs), also commonly known as nanoplatelets (NPLs), exhibit remarkable electronic and optical properties that will potentially find a wide range of use from nanophotonics to optoelectronics. NPLs feature step-like absorption profiles and discrete emission spectra with giant oscillator strength resulting in high recombination rates. All these features make these atomically-flat structures highly attractive for light-harvesting and -generating applications. In this thesis, to understand the size-tuned properties of their two-dimensional architecture, we conducted a systematic study on the core-only NPLs by using a set of 4 monolayer (ML) CdSe cores as our working model and carefully altered their aspect ratio while keeping their lateral area constant. In such a core-only NPL structure, electron and hole are both confined in the core resulting in type-I electronic band alignment. By decreasing the width of these NPLs to a value comparable to or less than their exciton Bohr radius, we observe additional confinement effects emerge. Subsequently, by growing CdSe1−xT ex alloyed crown around these starting 4 ML CdSe cores, we find type-II electronic band alignment is obtained. Thanks to their spatially indirect excitons, these core crown NPLs show extraordinarily long radiative lifetimes. Moreover, with the increased absorption cross-section owing to their added crown, high-performance optical gain is achieved via their core/crown heterostructure. However, in this form, their usage is limited since they are unstable in solution forming gels and they exhibit strong tendency to form stacks in films. To address this problem, here we proposed and developed a multi-crown architecture by additionally growing a CdS crown around the periphery of the typeII heterostructure, enabling excellent optical gain media with enhanced stability. The structural and optical characterizations of the synthesized multi-crown NPLs indicate that this complex architecture holds great promise for making devices in colloidal nanophotonics and optoelectronics.
Benzer Tezler
- Colloidal heterostructures of semiconductor quantum wells: Synthesis, characterization and applications
Koloidal yarıiletken kuantum kuyularının heteroyapıları: Sentezlenmesi, karakterizasyonu ve uygulamaları
YUSUF KELEŞTEMUR
Doktora
İngilizce
2017
Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Synthesis and characterization of semiconductor colloidal quantum dots and quantum wells for optoelectronic devices
Optoelektronik aygıtlar için yarıiletken kolloidal kuantum noktaları ve kuantum kuyularının sentezi ve karakterizasyonu
YEMLİHA ALTINTAS
Doktora
İngilizce
2018
EnerjiAbdullah Gül ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EVREN MUTLUGÜN
- Kuantum noktacık temelli hibrit güneş pillerine yönelik kuantum nokta yapıların eldesi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of quantum dots for hybrid solar cell
ESMA YENEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Bilim ve TeknolojiSelçuk ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MAHMUT KUŞ
PROF. DR. YUNUS ÇENGELOĞLU
- Synthesis & characterization of CdSe/ZnS quantum dots
CdSe/ZnS kuantum noktalarının sentezi ve karakterizasyonu
HAKAN AYDIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİLMİ ÜNLÜ
- Synthesis and characterization of highly efficient CdSe/CdS core/shell nanocrystals with SILAR technique
SILAR tekniği ile çok verimli CdSe/CdS çekirdek/kabuk nanokristal kuvantum noktacıklarının sentezi ve karakterizasyonu
YUSUF KELEŞTEMUR
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR