Colloidal optoelectronics of self-assembled quantum well superstructures

Koloidal nanokristal sentezindeki gelişmeler, iki boyutlu benzeri koloidal kuantum kuyularının (KKK'lerin) üretilebilmesini sağlamıştır. Bu KKK'ler yüzeyde büyütülen ince-film kuantum kuyularına benzer özellikler sergilemekle birlikte, düşük maliyetle sentezlenebilme ve çeşitli çözücülerde işlenme avantajlarına da sahiptirler. Atomik düzeyde yassı olmaları ve tek boyutlu kuantum kısıtlanmaları, KKK'lerin dar ışıma aralığına, düşük heterojen genişlemeye ve dev salınım şiddetine sahip olmasını sağlamaktadır. Ek olarak, iki boyutlu benzeri şekilleri nedeniyle içsel eşyönsüzlüğe sahiptirler. Bu eşyönsüzlük nedeniyle, sık yapılı filmlerindeki parçacık etkileşimleri büyük oranda bu KKK'lerin oryantasyonuna bağlıdır. KKK'lerin birbirleriyle veya yakınlarındaki başka parçacıklarla etkileşimini etkin bir biçimde kullanabilmek amacıyla, yüksek oranda tekdüzeliğe sahip KKK filmlerini çeşitli katı altlıklar üzerine kaplayabildiğimiz bir özdizilim tekniği geliştirdik. Bu özdizilim tekniği KKK'leri sürekli bir tekkatman halinde kaplamamızı sağlarken, aynı zamanda onların bütün film boyunca oryantasyonlarını kontrol edebilmemize, böylece sıklıklarını ve yakın-alan dipol etkileşimlerini ayarlamamıza da olanak tanımaktadır. Bu özdizilim tekniğini, aynı zamanda, aynı altlığa istenilen sayıda arka arkaya uygulanarak, istenen kalınlıkta KKK filmlerinin büyük alanda kaplanması için de kullandık. Bu özdizili filmler aracılığıyla, nanokristal optoelektroniğini iki farklı bağlamda inceledik: KKK'lerin Förster rezonans enerji transferi (FRET) ve optik kazancı. Oryantasyon kontrollü KKK tekkatmanları ile, koloidal kuantum noktalarından (KN'lerden) KKK'lere olan FRET'in, aralarındaki dipol etkileşimleri ile kontrol edilebileceğini gösterdik. Sonuçlarımızı açıklayabilmek için Förster'in ışınımsız enerji transferi kuramını, KKK eksiton dalga fonksiyonunun yayılmış ve eşyönsüz olmasını hesaba katarak kullandık. Ayrıca, çokkatmanlı KKK filmlerimizin, sık dizilim ve aşırı tekdüzelikleri sayesinde alışılmıştan çok düşük (yaklaşık 40 nm) kalınlıklarda optik kazanç sergileyebildiklerini gösterdik. Bu filmlerdeki kendiliğinden ışıma yükseltilmesi (ASE) eşiğinin film kalınlığına (yani katman sayısına) göre değişimini sistematik olarak çalıştık ve film kalınlığının artmasıyla beraber kazanç eşiğinin düştüğünü ve ASE dalgaboyunun da kırmızıya kaydığını gösterdik. Bu gözlemler, optik mod sıkışmasının hem film kalınlığına hem de mod dalgaboyuna bağlı sergiledikleri değişmelerle açıklanabilmektedir. Özdizilim tekniğimiz, KKK'lerin eşyönsüzlük ve yüksek optik kazanç gibi elverişli özelliklerinin çalışılmasına ve kullanılmasına olanak tanımaktadır. Bu teknik, büyük alanlarda mükemmel tekdüzelik gösteren filmler üretebilmemizi mümkün kıldığından dolayı, KKK'ler veya diğer koloidal nanokristaller ile düzlem içi veya düzlem dışı optik uygulamalarda kullanılabilecek, cihaz ölçeğinde iki veya üç boyutlu üst-yapıların inşa edilmesinde bir mihenk taşı olma potansiyeline sahiptir.