Geri Dön

Colloidal optoelectronics of self-assembled quantum well superstructures

Özdizili kuantum kuyusu üstyapılarının koloidal optoelektroniği

PDF İndir

  1. Tez No: 640714
  2. Yazar: ONUR ERDEM
  3. Danışmanlar: PROF. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2020
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
  10. Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 148

Özet

Koloidal nanokristal sentezindeki gelişmeler, iki boyutlu benzeri koloidal kuantum kuyularının (KKK'lerin) üretilebilmesini sağlamıştır. Bu KKK'ler yüzeyde büyütülen ince-film kuantum kuyularına benzer özellikler sergilemekle birlikte, düşük maliyetle sentezlenebilme ve çeşitli çözücülerde işlenme avantajlarına da sahiptirler. Atomik düzeyde yassı olmaları ve tek boyutlu kuantum kısıtlanmaları, KKK'lerin dar ışıma aralığına, düşük heterojen genişlemeye ve dev salınım şiddetine sahip olmasını sağlamaktadır. Ek olarak, iki boyutlu benzeri şekilleri nedeniyle içsel eşyönsüzlüğe sahiptirler. Bu eşyönsüzlük nedeniyle, sık yapılı filmlerindeki parçacık etkileşimleri büyük oranda bu KKK'lerin oryantasyonuna bağlıdır. KKK'lerin birbirleriyle veya yakınlarındaki başka parçacıklarla etkileşimini etkin bir biçimde kullanabilmek amacıyla, yüksek oranda tekdüzeliğe sahip KKK filmlerini çeşitli katı altlıklar üzerine kaplayabildiğimiz bir özdizilim tekniği geliştirdik. Bu özdizilim tekniği KKK'leri sürekli bir tekkatman halinde kaplamamızı sağlarken, aynı zamanda onların bütün film boyunca oryantasyonlarını kontrol edebilmemize, böylece sıklıklarını ve yakın-alan dipol etkileşimlerini ayarlamamıza da olanak tanımaktadır. Bu özdizilim tekniğini, aynı zamanda, aynı altlığa istenilen sayıda arka arkaya uygulanarak, istenen kalınlıkta KKK filmlerinin büyük alanda kaplanması için de kullandık. Bu özdizili filmler aracılığıyla, nanokristal optoelektroniğini iki farklı bağlamda inceledik: KKK'lerin Förster rezonans enerji transferi (FRET) ve optik kazancı. Oryantasyon kontrollü KKK tekkatmanları ile, koloidal kuantum noktalarından (KN'lerden) KKK'lere olan FRET'in, aralarındaki dipol etkileşimleri ile kontrol edilebileceğini gösterdik. Sonuçlarımızı açıklayabilmek için Förster'in ışınımsız enerji transferi kuramını, KKK eksiton dalga fonksiyonunun yayılmış ve eşyönsüz olmasını hesaba katarak kullandık. Ayrıca, çokkatmanlı KKK filmlerimizin, sık dizilim ve aşırı tekdüzelikleri sayesinde alışılmıştan çok düşük (yaklaşık 40 nm) kalınlıklarda optik kazanç sergileyebildiklerini gösterdik. Bu filmlerdeki kendiliğinden ışıma yükseltilmesi (ASE) eşiğinin film kalınlığına (yani katman sayısına) göre değişimini sistematik olarak çalıştık ve film kalınlığının artmasıyla beraber kazanç eşiğinin düştüğünü ve ASE dalgaboyunun da kırmızıya kaydığını gösterdik. Bu gözlemler, optik mod sıkışmasının hem film kalınlığına hem de mod dalgaboyuna bağlı sergiledikleri değişmelerle açıklanabilmektedir. Özdizilim tekniğimiz, KKK'lerin eşyönsüzlük ve yüksek optik kazanç gibi elverişli özelliklerinin çalışılmasına ve kullanılmasına olanak tanımaktadır. Bu teknik, büyük alanlarda mükemmel tekdüzelik gösteren filmler üretebilmemizi mümkün kıldığından dolayı, KKK'ler veya diğer koloidal nanokristaller ile düzlem içi veya düzlem dışı optik uygulamalarda kullanılabilecek, cihaz ölçeğinde iki veya üç boyutlu üst-yapıların inşa edilmesinde bir mihenk taşı olma potansiyeline sahiptir.

Özet (Çeviri)

Advances in the colloidal nanocrystal synthesis enabled creation of quasi two-dimensional colloidal quantum wells (CQWs) in the last decade. These CQWs possess similar properties to those of epitaxially grown quantum wells while at the same time offering the benefits of low-cost synthesis and solubility in various solvents. Their atomically precise thickness and one-dimensional quantum confinement grant them favorable properties such as narrow emission linewidth, reduced inhomogeneous broadening and giant oscillator strength. In addition, due to their quasi two-dimensional shape, they display intrinsic anisotropy. Because of this anisotropy, the particle interactions in closely packed films depend greatly on the orientation of these CQWs. To fully utilize the interaction of CQWs with each other or with other particles in their proximity, we develop a self-assembly technique, which is used to deposit highly uniform thin CQW films onto various solid substrates. This self-assembly technique allows us to deposit CQWs as a continuous monolayer while at the same time controlling their orientation throughout the substrate, thereby modifying their packing factor as well as near-field dipole-dipole interactions. This self-assembly technique is also employed to create large-are CQW films of any desired thickness, simply by applying the same deposition technique on the same substrate as many times as desired. We use these self-assembled CQW films to study the two main aspects of nanocrystal optoelectronics, namely, Förster resonance energy transfer (FRET) and optical gain, with CQWs. By using the orientation-controlled CQW monolayers, we show that the rate of FRET from colloidal quantum dots (QDs) to a monolayer of CQWs can be tuned via dipole-dipole interactions between QDs and CQWs. We use Förster's theory of nonradiative energy transfer while taking into account the anisotropy of the excitonic CQW excitonic state as well as its delocalization throughout the CQW to account for our results. Next, we show that our multilayered CQW films display optical gain in uncharacteristically low thicknesses (as small as 40 nm) due to the tight packing and extremely uniform deposition of the CQWs. We furthermore study systematically the observed threshold of amplified spontaneous emission (ASE) in these CQW multilayers as a function of the film thickness (i.e. the number of monolayers), and demonstrate that the gain threshold drops with increasing thickness, accompanied by the red-shift of the ASE peak. These trends can be explained by the varying degree of optical mode confinement, which is a function of both the film thickness as well as the wavelength of propagating mode. Our self-assembly technique allows to study and make use of the favorable properties of the CQWs including anisotropy and enhanced optical gain. Since this technique enables us to produce large-area films displaying excellent homogeneity, it can be a benchmark building block for creating device-scale 2- or 3-dimensional superstructures from CQWs as well as from other types of colloidal nanocrystals to be utilized in both in- and out-of-plane optical applications.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    830295

    Solution-processed/evaporation-based light-emitting diodes of face-down/edge-up oriented colloidal quantum wells

    Çözelti işlemli/buharlaştırma tabanlı yüz aşağı/kenar yukarı yönlendirilmiş koloidal kuantum kuyuları ışık yayan diyotları

    İKLİM BOZKAYA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. HİLMİ VOLKAN DEMİR

  2. Tez No

    689962

    Florofor çapraz bağlı çoklu duyarlı polimerik materyaller ve optik uygulamalarda kolloidal kuvantum kuyu katkılanmış polimer kompozitler

    Fluorophore crosslinked multi-responsive polymeric materials and colloidal quantum well doped polymer composites in optical applications

    ZEYNEP DİKMEN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    KimyaEskişehir Osmangazi Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. VURAL BÜTÜN

    PROF. DR. İDRİS AKYÜZ

  3. Tez No

    691051

    Well-controlled modification of emission kinetics of colloidal semiconductor quantum wells

    Kolloidal yarıiletken kuantum kuyuları ışıma kinetiklerinin iyi kontrol edilebilen değişikliği

    MUHAMMAD HAMZA HUMAYUN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR

  4. Tez No

    430257

    Excitonics of colloidal nanocrystals for next-generation optoelectronics

    Yeni nesil optoelektronik teknolojileri için koloidal nanokristallerin eksitonik özelliklerinin anlaşılması

    BURAK GÜZELTÜRK

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR

  5. Tez No

    898125

    Design and implementation of nanophotonic architectures using smart-self assembly of colloidal nanomaterials

    Koloidal nanomalzemelerin akıllı kendinden dizilimi ile nanofotonik mimarilerin tasarımı ve uygulaması

    ZEYNEP ŞENEL

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAbdullah Gül Üniversitesi

    Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ TALHA ERDEM

Geri Dön