Geri Dön

Heterostructures of colloidal semiconductor nanoplatelets: A computational approach

Kolloidal yarıiletken nanolevhaların heteroyapıları: Sayısal bir yaklaşım

PDF İndir

  1. Tez No: 853896
  2. Yazar: ACHMAD NASYORI
  3. Danışmanlar: PROF. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Bilim ve Teknoloji, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Science and Technology, Electrical and Electronics Engineering, Physics and Physics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Koç Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 67

Özet

Hemen hemen iki boyutlu olan yarıiletken nanolevhalar (NL'ler), ışık yayma ve toplama uygulamaları için gösterdikleri benzersiz optik özellikleri nedeniyle yarıiletken nanokristal ailesinin yeni bir üyesi olarak ön plana çıkmaktadırlar. Tüm yanal boyutları boyunca sağlanmış güçlü kuantum sınırlamaları sayesinde, atomik seviyede düz NL'ler, geniş eksiton bağlanma enerjisi, çok büyük osilatör şiddeti ve dar ışıma genişliği sergilerler. Bu tez çalışmasında, NL'lerin çekirdek yapısından başlayarak evrilen eksitonik davranışlarını anlamak için çekirdek/kabuk ve çekirdek/taç heteroyapı mimarilerindeki NL'lerin fotolüminesansını sistematik olarak inceledik ve modelledik. Temel“kutudaki parçacık”modeline dayanarak, iki-cisim problemi (elektron - deşik çifti) çözerek ve kütle merkezi yaklaşımını (eksitonik etkileşim ile) kullanarak, enerji durumlarının, dalga fonksiyonlarının ve osilatör şiddetinin, çekirdekten çekirdek/kabuk (izotropik bariyer) ve çekirdek/taç (anizotropik bariyer) yapısına nasıl geliştiğini gözlemledik. Modelimiz, çalışılan tüm NL yapıları için fotolüminesans (PL) tepe noktalarını daha önce bildirilen deneysel ölçümlerle tam uyumlu olacak şekilde öngördü: 1) 4.5 ve 5.5 tek katmanlı (TK'li) çekirdek CdSe NL'ler için PL tepe noktası sırasıyla 2.43 ve 2.28 eV olarak hesaplanırken (deneysel verileri 2.42 ve 2.25 eV); 2) ince (2 TK kalınlığında izotropik kaplamaya karşı gelen) ve kalın (5 TK kalınlığında izotropik kaplamaya karşı gelen) ZnS kabuklarla kaplı, 4.5 TK kalınlığında CdSe çekirdek nanolevhalar için PL tepe noktaları sırasıyla 2.07 ve 2.04 eV olarak (deneysel verileri 2.06 ve 2.01 eV) hesaplanmıştır. Son olarak 3) 4.5 TK kalınlığında anizotropik olarak uzatılmış kaplamaya sahip 4.5 TK CdSe/CdS çekirdek/taç nanolevhaları için PL tepe noktası 2.43 eV olarak (deneysel olarak 2.41 eV) hesaplanmıştır. Bunun dışında, fotolüminesans spektrumunu osilatör şiddetini, boyut dağılımını ve Voigt dağılımı dikkate alarak sayısal olarak modelledik ve hesapladık. Tüm yapılar için homojen olmayan genişlemeden (σ) ve eksiton-fonon etkileşimlerinden (Γ) kaynaklı katkıları hesapladık: 4.5 TK kalınlıktaki CdSe çekirdekli NL'ler için σ= 12.90 meV ve Γ= 13.10 meV; 5.5 TK kalınlıktaki CdSe çekirdekli NL'ler için σ= 10.40 meV ve Γ= 14.10 meV; 8.5 TK kalınlıktaki CdSe/ZnS çekirdek/ince kabuk NL'ler (4.5TK/2TK+2TK) için σ= 11.10 meV ve Γ= 28.80 meV; 14.5 TK kalınlıktaki CdSe/ZnS çekirdek/kalın kabuklu NL'ler (4.5TK/5TK+5TK) için σ= 12.90 meV ve Γ= 32.10 meV; 4.5 TK kalınlıktaki CdSe/CdS çekirdek/taç NL'ler için σ= 15.50 meV ve Γ= 18.20 meV; ve 4.5 TK kalınlıktaki CdSe/CdTe çekirdek/taç NL'ler için σ= 56.00 meV ve Γ= 54.85 meV. İncelenen tüm senaryolarda, homojen olmayan genişlemenin, temel eksiton-fonon etkileşimlerine kıyasla daha zayıf olduğunu bulduk. Bu tezin bulguları, modelimizin hemen hemen iki boyutlu nanolevhalardaki eksitonik davranışının, çekirdekten izotropik veya anizotropik kuantum bariyer kaplamalı heteroyapılarda nasıl evrildiğini başarılı bir şekilde (enerji cinsiden %1'lik hata içinde) ön gördüğünü ve açıkladığını göstermektedir.

Özet (Çeviri)

Quasi-two-dimensional semiconductor nanoplatelets (NPLs) have emerged as a paramount newcomer in the field of semiconductor nanocrystals because of their unique optical properties important to light-emitting and -harvesting. Thanks to their strong quantum confinement fixed across their entire lateral size, these atomically-flat NPLs exhibit large exciton binding energies, giant oscillator strengths, and narrow emission linewidths. In this thesis work, we systematically studied and modeled the photoluminescence of NPLs in their heterostructures of core/shell and core/crown architectures to understand their evolving excitonic behavior. Based on the fundamental“particle in-a-box”model, solving for the two-body problem (electron-hole pair), and taking the centre-of-mass approach (with excitonic interaction), we observed how the energy states, wavefunctions, and oscillator strengths evolve starting from those of the seed core to those of the core/shell (isotropic barrier) and core/crown (anisotropic barrier). Our model successfully predicted the photoluminescence (PL) peaks for all the studied NPL structures in full agreement with the previously reported experimental measurements. The computed PL peaks were found to be 1.) 2.43 and 2.28 eV for the CdSe core-only NPLs with 4.5 and 5.5 monolayers (MLs), respectively (in comparison to their corresponding experimental values of 2.42 and 2.25 eV); 2.) 2.07 and 2.04 eV for 4.5 ML CdSe core NPLs coated with thin ZnS shell (corresponding to 2 ML thick isotropic coating) and thick ZnS shell (corresponding to 5 ML isotropic coating), respectively (in comparison to their corresponding experimental values of 2.06 and 2.01 eV); and 3.) 2.43 eV for 4.5 ML CdSe/CdS core/crown NPLs with 4.5 ML thick anisotropically extended coating (in comparison to its corresponding experimental value of 2.41 eV). We further numerically modeled and computed the photoluminescence spectra by taking into account the calculated oscillator strengths, the size distribution, and Voigt distribution. We calculated the contributions from inhomogeneous broadening (σ) and exciton-phonon interactions (Γ) for all structures: σ= 12.90 meV and Γ= 13.10 meV for 4.5 ML CdSe core NPLs; σ= 10.40 meV and Γ= 14.10 meV for 5.5 ML CdSe core NPLs; σ= 11.10 meV and Γ= 28.80 meV for 8.5 ML CdSe/ZnS core/thin-shell NPLs (4.5ML/2ML+2ML); σ= 12.90 meV and Γ= 32.10 meV for 14.5 ML CdSe/ZnS core/thick-shell NPLs (4.5ML/5ML+5ML); σ= 15.50 meV and Γ= 18.20 meV for 4.5 ML CdSe/CdS core/crown NPLs; and σ= 56.00 meV and Γ= 54.85 meV for 4.5 ML CdSe/CdTe core/crown NPLs. In all of the investigated cases, we found that the inhomogeneous broadening is weaker compared to that of the fundamental exciton-phonon interactions. The findings of this thesis indicate that our model successfully predicts (within 1% error in terms of energy) and explains the evolution of excitonic behavior in quasi-two-dimensional nanoplatelets from the seed core to their heterostructures with either isotropic or anisotropic quantum barrier coatings.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    853897

    Heterostructures of colloidal semiconductor nanoplatelets: A computational approach

    Kolloidal yarıiletken nanolevhaların heteroyapıları: Sayısal bir yaklaşım

    ACHMAD NASYORI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Bilim ve TeknolojiKoç Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR

    PROF. DR. EVREN MUTLUGÜN

    DOÇ. DR. SEDAT NİZAMOĞLU

  2. Tez No

    463665

    Colloidal heterostructures of semiconductor quantum wells: Synthesis, characterization and applications

    Koloidal yarıiletken kuantum kuyularının heteroyapıları: Sentezlenmesi, karakterizasyonu ve uygulamaları

    YUSUF KELEŞTEMUR

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR

  3. Tez No

    574047

    Optical gain and lasing of colloidal semiconductor quantum wells intimately integrated into optical cavities

    Optik çınlaçlar içinde yakinen tümleştirilmiş koloidal yarıiletken kuantum kuyularının optik kazancı ve lazer eylemi

    MUSTAFA SAK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR

  4. Tez No

    574584

    Semiconductor nanoplatelet heterostructures enhanced via combinations of colloidal atomic layer deposition and hot injection shell growths

    Koloidal atomik katman kaplama ve sıcak enjeksiyon kabuk kaplama yöntemlerinin birleşimiyle geliştirilen yarı iletken nanolevha heteroyapıları

    ULVIYYA QULIYEVA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR

  5. Tez No

    849828

    Colloidal synthetic pathways of atomically-flat complex nanocrystal heterostructures

    Atomik olarak düz karmaşık nanokristal hetero yapıların koloidal sentetik yolları

    FARZAN SHABANI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    Prof. Dr. HİLMİ VOLKAN DEMİR

Geri Dön