Synthesis and characterization of colloidal quantum wells: From simple size-tuned core to complex multi-crown structures

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.