Selective plasmonic control of excitons and their non-radiative energy transfer in colloidal semiconductor quantum dot solids

Bugüne kadar yapılan kapsamlı araştırmalar sonucu yarıiletken ve metallerin nano parçacık boyutlarına küçültüldüğünde normal boyutlarında göstermedikleri olağan dışı optik özellikler gösterdikleri ispatlanmıştır. Mesela, metal nanoparçacık/nanoyapılarda (NPs) görülen bir özellik, boyut etkisi ile optik özelliklerin değişimi ve bu sayede elde edilen lokalize plazmonlardır. Nanometrik boyutlarda başka bir ilgi alanı ise birkaç nanometre boyutlarında sentezlenen kuvantum sınırlandırma boyut etkisi ile ışıma ve emilim ekzitonik tepe noktalarının değiştirilebilirliği olan yarıiletken kuvantum noktacık nanokristallerin (NCs) ışık üretimi ve ışık emilimi için kullanımıdır. Bu tezde, kolloidal kuvantum noktacık ışıyanlarının seçimli plazmonik kontrollerini yenilikçi mimariler ile pozisyonsal ve spektrumsal seçimlerle yapılabileceğini öne sürüyor ve öncü çalışmalarını gerçekleştiriyoruz. İlk dizaynda, Au nanoparçacık tek katmanlarının, pozisyonsal seçimli plazmon resonans etkisi ile CdTe nanokristal tek katmanları katman katman tekrar eden üç boyutlu bir mimaride plazmonik NC-kompozitleri ilk defa gösterilmiştir. Dizaynı aşağıdan yukarıya olan bu hibrit nanokompozitlerin fotoışıma özellikleri ciddi bir şekilde değişime uğramıştır ve CdTe nanokristal filmlerinde %30 ile rekor bir kuvantum verimliliği elde edilmiştir. İkinci dizaynda, yüzeyden ışıyan CdS nanokristallerinin Ag nanoadacık üretimi ile spektral seçimli plazmonik etkileşimi sağlanmıştır. Bu mimari ile plazmon ile eşleşen aynı nanokristalin yüzey enerji seviyelerinde üretilen ışıma arttırılmış olup eş zamanlı ana bant enerji seviyesindeki ışımasının azaltılması ile CdS nanokristallerde en yüksek yüzey ışıma/bant ışıma oranı (12 kat artış ile) elde edilmiştir. Kuvantum noktacıklarının yakınlarında oluşan bir başka etki ise ekzitonik uyarma enerjisinin verici (donor) nanokristalden alıcı (acceptor) nanokristale dipol-dipol etkileşimi ile radyasyonsuz bir şekilde aktarıldığı Förster tipi enerji transferidir (ET). Üçüncü dizaynda, iki ana etkileşim olan plazmon etkileşimi ve radyasyonsuz enerji transferi etkileşimini aynı nanokristal film için birleştirdik. Plazmonik ET ile ilk defa verici ve alıcı nanokristale seçimli plazmonik etkileşim uygulanarak alıcı nanokristalin ışıması iki örnekte de önemli bir oranda (maksimum 2 kat) arttırıldığı sabit ve zaman çözünürlü fotoışıma ölçümleri ile gösterilmiştir. Nanokristalleri spektral ve pozisyonsal olarak birleştirme konsepti, nanofotonik aygıt ve sensör yapımında yeni bir yol olmaktadır.