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

Son zamanlarda nanolevhalar olarak da bilinen koloidal yarıiletken kuantum kuyuları, büyüleyici eksitonik özellikleri ile kolloidal yarıiletken nanokristallerin yeni bir sınıfı olarak ortaya çıkmıştır. Epitaksiyal olarak büyütülmüş kuantum kuyularına benzeyen iki boyutlu yapısıyla, atomik düzeyde yassı olan bu nanolevhalar diğer kolloidal yarıiletken nanokristallerle karşılaştırıldıklarında dar ışıma aralıklarına, çok yüksek doğrusal ve doğrusal olmayan soğurma kesitlerine ve oldukça hızlı ışıma yaşam sürelerine sahiptirler. Bu dikkat çekici özellikler, bu nanolevhaların basit yapıları kullanılarak düşük eşik değerine sahip optik kazanç ve yüksek renk saflığı elde edilmesini sağlamıştır. Bu kolloidal nanolevhalarn faydalarından daha fazla yararlanmak ve yeni nesil optoelektronik aygıtlar geliştirmek için, üstün eksitonik özellik gösteren yenilikçi mimarilere sahip nanolevhalar büyük rağbet görmektedir. Bu tezde, bu ihtiyaçları karşılamak için, yenilikçi mimari yapılara sahip nanolevhalar önerdik ve gösterdik. Bu tez, bu heteroyapıların rasyonel tasarım unu içermektedir. Çekirdek/kabuk mimarisine sahip nanolevhaların düşük ışıma verimliliği ve dayanıklılık sorunlarını gidermek için, kutu içinde kuantum levha mimarisini andıran CdSe/CdS/CdS çekirdek/taç/kabuk nanolevhalarını başarıyla sentezledik. Bu gelişmiş yapıya sahip nanolevhaların, ışıma ve dayanıklılıklarını önemli ölçüde geliştirerek, düşük eşik değerine sahip optik kazanç elde edilmesini sağladık. Ancak, bu nanolevhalarda sadece dikey boyutta gözlemlenen kuantum sınırlamasından dolayı, koloidal nanolevhalarn bu heyecan verici eksitonik özellikleri sınırlı bir spektral aralkta elde edilebilmiştir. Tezde, alaşımlı çekirdek/taç ve alaşımlı çekirdek/kabuk yapıları ile birlikte homojen olarak alaşımlanmış CdSexS1-x nanolevhalarını geliştirerek, çok geniş bir spektral aralıkta ayarlanabilir eksitonik özellikler elde etmeyi ve bu nanolevhalardan elde edilen optik kazancın spektral aralığını genişletmeyi başardık. Tip-I elektronik yapıya sahip nanolevhalara ek olarak, eşsiz eksitonik özellikler sergileyen Type-II elektronik yapıya sahip olan CdSe/CdTe çekirdek/taç nanolevhalarn çok düzgün bir şekilde sentezlenmesini de gosterdik. Ayrıca, Type-II elektronik yapısının oluşumunu detaylı bir şekilde incelemek için, taç bölgesinin kompozisyonunu kontrollu bir şekilde ayarlayarak, CdSe/CdSe1-xTex çekirdek/taç nanolevhalarını sentezledik. Nanolevhaların dikey kalınlıklarını değiştirmeden, geniş bir spektral aralıkta ayarlanabilen eksitonik özellikler elde ettik ve bu yapıya sahip nanolevhalarla yüzde yüze yakın ışıma verimliliğine ulaştık. Önerilen farklı mimarilere sahip nanolevhalar ile birlikte bu tezin bulgularının, yüksek performans cihazlar inşa etmekte kullanılacak yüksek verimliliğe ve dayanıklılığa sahip nanolevhaların sentezi icin onemli bir kılavuz ve ilham kaynağı olacağına inanıyoruz. Bu gelişmiş yapıya sahip olan koloidal nanolevhalar muhtemelen epitaksiyal olarak büyütülen ve yaygın bir şekilde kullanılan kuantum kuyularına karşı ileride çok güçlü bir rakip olacaktır.