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

Kolloidal kuantum kuyuları (KKK'ler), yarıiletken nanokristallerin önemli bir neredeyse-2 boyutlu alt ailesidir. Dikey kalınlıkları boyunca uzanan sadece birkaç tek katmanın benzersiz sıkı kuantum sınırlamaları sayesinde, KKK'ler çok yüksek osilatör gücüne sahiptirler ve bir tarafta onlarca ila yüzlerce nm arasında genişleyen büyük yan boyutlarıyla birlikte soğurma kesitlerini önemli ölçüde artırmaktadırlar. Bu özellikler KKK'leri ışık hasatı uygulamaları için mükemmel adaylar haline getirmektedir. Bu tezde, KKK'lerin üstün ışık toplama kapasitelerinden faydalanmak için, çeşitli melez soğurma sistemlerinde, KKK'lerin fotolüminesans ışıma sürelerinin farklılaştırılması ve kontrolü araştırılmıştır. Özellikle, güçlü soğurabilen KKK'lerden, zayıf soğurucular olan dolaylı bant aralığına sahip yığın yarıiletkenlere (örneğin, yığın silisyum) ışımasız enerji aktarımı önerilmiş ve gösterilmiştir. Bu amaçla, ince ayarlı bir dielektrik ayırıcı (d kalınlığında) ile silisyum yakınında tek katmanlı, tamamen yüzü aşağı dönük bir topluluğa kendiliğinden istiflenen bu KKK'lere ait ışıma kinetiklerinin iyi kontrol edilen modifikasyonları çalışılmış ve gösterilmiştir. Förster rezonans enerji aktarımı (FRET), tam elektromanyetik çözümler kullanarak da modellediğimiz ve açıkladığımız KKK'lerin ışıma kinetiğinde gözlemlenen değişikliklerin altında yatan temel mekanizma olarak bulunmuştur. Bu KKK'lerden yığın silisyuma elde edilen enerji transferinin hızının uzayda d^-1 ile yavaş yavaş ölçeklendiği gösterilmiştir. Sonlu elemanlar yöntemine (FEM) dayalı hesaplama, bu ters orantılı ilişkinin, KKK katmanındaki elektrik alanının ve KKK'lerde bulunan güçlü düzlem içi dipoller nedeniyle alttaşın delokalizasyonundan kaynaklandığını ortaya koymuştur. Silisyum tabanlı foto-algılama platformlarının eksikliklerini gidermek için, ürettiğimiz bir kavram kanıtı melez cihazda, böyle bir tek katmanlı KKK filmi kullanılarak ışığa duyarlılaştırmanın silisyumda toplanan fotoakımı 3 kata kadar arttırdığını deneysel olarak gösterilmiştir. Bu tezdeki bulguların, optoelektronik uygulamalarda KKK'lerin şaşırtıcı ışık toplama potansiyelinden daha fazla yararlanmaya yardımcı olması beklenmektedir.