自组织量子点的瞬态光谱性质研究
利用X射线衍射分析自组织生长的量子点结构

等 优 点 , 以 理 所 当 然 成 了 测 试 量 子 点 结 构 参 量 所 有 力 的 工 具 , 其 衍 射 结 果 物 理 图 象 不 直 观 的缺 但 点 导 致 从 衍 射 数 据 来 分 析 样 品 的 结 构 参 量 就 显 得 比较 困 难 .本 文 应 用x 射 线 衍 射 的 运 动 学 理 论 并结 合 傅 里 叶变换 模 型 , 过数 值模 拟 计算 , 经 得 到 了量 子 点 样 品 的 结 构 参 量 , 得 以后 分 析 实 验 使
征 温 度 7。 量 子 点 激 光 器 尤 其 对 于 新 型 光 电 ’的 ,
器 件 有 广 阔 的应 用 前 景 . 目前 制 备 量 子 点 最 有 前 途 的 方 法 是 利 用 S r n k— a t n w ( K) ta s i Kr sa o S 生 长 模 式 发 展 的 应 变 自组 织 量 子 点 生 长 方 法 S .K
生 长 模 式 适 用Байду номын сангаас于 品 格 失 配 比 较 大 , 表 面 、 面 但 界
能 不 是 很 大 的异 质 结 材 料 体 系 . 量 子 点 和 超 晶 格 、 子 线 一 样 , 结 构 参 量 量 其 决定 了其本 身 的 电、 和 磁学 特 性 , 光 因此 研 究 量 子 点 的 结 构 参 量 同 样 是 一 项 重 要 的 工 作 .而 且 由 于量 子 点 的 本 身 特 点 ( , 布 不 均 ) 因 此 其 小 分 , 结 构 参 量 的 确 定 更 是 一 项 艰 巨 的 任 务 .高 分 辨 率 x 射 线 衍 射 相 对 于 TE , M , TM 等 直 观 M AF S
不同厚度CdSe阱层的表面上自组织CdSe量子点的发光性质

激光器以来 , 近十年来 特别 是对 自组织 的 C S— de Z S 复合结构材料的研究掀起 了一股热潮 [ 1 。 ne 73 -] 本文采用 sK模式制取了 C S—ne — deZS 复合结构材 料, 并在不同厚度的 C S 阱层表面上获得 了自组 de 织 C S 量子点结构材料。利用变温稳态光谱 , de 变
维普资讯
第2 8卷
第 5期
发 光 学 报
CHI NES J E OURNAL UM I OF L NES CENCE
V 12 No 5 0. 8 . Oc . 0 7 t ,2 0
20 0 7年 1 O月
文章编号 :10 -02 20 )50 2 -6 0 07 3 (0 7 0 -740
的态填 充效 应 。对 自组织量 子 点 的激 子特 性 的研 究 , 以对 自组 织量 子 点 的生 长有 一 定 的指 导 作 可 用 ; 过对 Z S 中不 同 C S 通 ne基 de阱层 厚 度 的表 面 上 自组 织 C S 量 子点 的发 光 比较 , de 观察 到了量子 点 发光 的较 大差 异 , 而得 到 了 C S 从 de阱层 的厚度 直 接影 响应 变 弛豫 的效 果 。
P CC: 2 0 ; 8 5 A 3 5 F 7 5 文献标识码 : A
中图分类号 :0 8 .1 4 2 3
1 引
言
功率 激发谱 的测量 技术 , 统地研究 了 自组 织 系 C S 量子点的发光特性 , de 观测 了其随温度变化而 变化的激子复合过程以及在低温下变激发功率时
连的 C D探测器检测。利用 A D闭循环致冷系 C P
量子点 荧光光谱

量子点荧光光谱
量子点(Quantum Dots,QDs)是一种具有独特光学性质的纳米材料,它们的荧光光谱具有很好的可控性,因此被广泛应用于生物标记、光学成像、光电子器件等领域。
量子点的荧光光谱可以通过改变其尺寸和化学组成来调控,其发射光谱范围覆盖整个可见光区域。
由于量子点具有较大的斯托克斯位移,其激发光谱与发射光谱之间不会发生重叠,因此可以实现一元激发,多元发射,且多色量子点间不出现光谱交叠。
在实验中,我们可以通过改变量子点的激发波长来研究其荧光光谱特性。
例如,在实验三中,碳量子点的最佳激发波长为310nm和340nm,最佳发射波长为500nm。
此外,我们还可以研究不同金属离子对碳量子点荧光强度的影响,以及不同pH环境下碳量子点的荧光效果。
总之,量子点免疫荧光技术(QD-IHC)是一种基于抗原-抗体特异性结合原理的检测技术,通过量子点标记特异性抗体作为探针,检测组织或细胞中的抗原性物质。
该技术具有高灵敏度和高特异性,已经在生物医学领域得到了广泛应用。
光致发光谱研究自组织InAs双模量子点态填充

子 捕 获 的影 响 。
1 实
验
样 品是利用 固态 源分子束 ( ie,cmp c 2 ) Rb r o at 1 外延 生长 的 ,
首先在 5 0℃下对半绝缘 G As0 1 衬底进行脱 氧 ,50℃ 8 a (0 ) 6 下生长 了 Ga 缓 冲层 20n l As 0 l,接着在 5 0℃下 , T 0 生长厚 度
摘
要
采用固态源分子束 外延 技术在 G As 10 衬底上 ,制备 了 IA 量子点 ,对样 品进 行原子力显微镜 a (0) ns
测试 , 统计结果表 明量子点尺寸呈双模分布 。光致发 光谱研究表 明 , 室温和 7 在 7K下 ,小量子 点的发光 峰
均 占主导地位 , 因可能是 :( ) 原 1大量子点的态密度小于小量子点 ;( ) 2 捕获载流子速率 ,大量子点小 于小 量 子点 ;() 3 大量子点与盖层存在较大 的应变势垒和 可能 出现 的位错和缺 陷,导致温 度变化引起 载流子从小 尺
维普资讯
第 2 卷 , 1 期 7 第 1
2007年 11月
光 谱
学
与
光
谱
分
析
V 1 7N .1p 27—11 o 2 , o1,p 1828 .
No e e ,2 0 v mb r 0 7
S e t o c p n p c r lAnay i p c r s o y a d S e ta lss
量子点样品进行 了形貌 测 试 。图 1给 出 了 1f m×1p a n的
本文通过对 G A (O ) 底上制备 的 自组 织 IAs a s10衬 n 双模
IAsGa 量子点 形 貌 图 。对 AF 结 果 进行 统 计分 布 , n / As M
关于量子点的相关知识综述

关于量子点的相关知识综述量子点(Quantum Dots)是指粒子直径尺寸小于激子波尔半径且具有明显量子效应的半导体纳米结构,也被称作半导体纳米晶。
它既可以由一种半导体材料制成,例如由Ⅱ-Ⅵ族元素(CdTe、CdS、ZnSe、CdSe等)或Ⅲ-Ⅴ族元素(InAs、InP等)组成,也可以由两种及两种以上的半导体纳米材料组成。
作为一种新型的半导体纳米材料,量子点具有很多优良的特性。
1.量子点的性质(1)量子点的发射光谱能够通过改变量子点的粒子尺寸大小来控制。
通过改变量子点的化学组成成分和粒径大小能够使其发射光谱遍布整个可见光区。
利用量子点的这一性质可以制备荧光光谱特征不同的量子点。
(2)量子点有着很好的光稳定性相比于传统的荧光试剂。
量子点的荧光强度和稳定性比起传统有机荧光材料罗丹明6G强好几十倍以上。
因此量子点在生物标记方面有着广泛的应用,为研究长期相互作用的分子之间提供了重要的作用。
(3)量子点同时具有宽且连续的激发光谱和窄的发射光谱。
利用同一激发光源即可对不同尺寸的量子点进行同步检测,因此可以用作多色标记,极大地促进和发挥了荧光标记的应用。
(4)量子点具有较大的期托克斯位移[8]。
期托克斯位移(Stokes shift)是指量子点的最大紫外吸收峰位与荧光发射峰位所对应的波长之间的差值。
量子点的另一个优异的光学性质就是其具有宽的期托克斯位移,这是量子点显著的光谱特性,这样可以避免发射光谱与激发光谱的重叠,有利于荧光光谱信号的检测。
图1 斯托克斯位移示意图(5)量子点有着极好的生物相容性。
量子点经过各种化学修饰以后,不但能够提高它的光稳定性和量子产率[9, 10],而且有利于进行特异性结合,另外其毒性较低,对其他生物体的危害小,可以进行生物活体的标记和检测。
(6)量子点具有很长的荧光寿命。
量子点的荧光寿命可持续数十纳秒,相比于有机荧光染料的寿命几纳秒[11]长很多,当进行光激发以后,多数物质的自发荧光会发生衰变,而量子点的荧光却依旧存在,此时即可采集到无背景干扰的荧光信号。
量子点光谱性质研究

量子点光谱性质研究量子点是一种具有特殊光学性质的纳米材料,具有在纳米尺度下的量子效应,因此在光学领域具有广泛的研究价值。
本文将介绍量子点的光谱性质以及相关的研究进展。
首先,量子点的光谱性质主要表现在其荧光光谱和吸收光谱中。
量子点材料由于其粒子尺寸的限制,导致其能带结构发生量子约束,从而使其带隙能量量化,能够发射特定波长的荧光。
量子点的荧光峰可以通过调控其尺寸来实现在可见光波段(如蓝、绿、红光)和近红外波段的发射。
这种尺寸调控使得量子点在多彩显示、荧光探针、生物成像等领域具有重要应用价值。
其次,量子点的吸收光谱也与其尺寸有关。
较小尺寸的量子点能够吸收较高能量的光子,具有较宽的吸收峰。
而较大尺寸的量子点则对应较低能量的光子吸收,具有较窄的吸收峰。
这种尺寸相关的吸收特性使得量子点在太阳能电池、光催化和光电探测等能源和光电器件中应用广泛。
此外,量子点的光谱性质还与其表面的化学修饰和配体有关。
量子点通常使用表面有机分子来进行修饰,以实现其分散性的提高和生物兼容性的改善。
这些有机分子还可以调控量子点的光学性质,如改变其荧光强度、荧光寿命和量子产率等。
通过合成不同结构的有机分子,还可以实现分子传感、生物标记和药物释放等应用。
最近,一些研究者还探索了量子点与其他材料的界面耦合效应。
例如,在量子点与金属纳米颗粒的界面上,可以实现表面等离激元共振效应,从而增强荧光强度。
此外,将量子点与有机半导体材料界面结合,可以实现电荷转移和电子传输,为有机量子点太阳能电池的研究提供了新思路。
总结起来,量子点的光谱性质研究涉及到其荧光光谱和吸收光谱的调控、表面化学修饰和界面耦合效应等方面。
这些研究不仅对于了解量子点的基本特性有重要意义,也为其在荧光显示、生物成像、能源转换等领域的应用提供了理论指导和技术支持。
量子点的制备和性质分析

量子点的制备和性质分析量子点是一种非常微小的结构单元,其大小通常只有数纳米。
它们表现出奇妙的物理、化学和电子学特性,已经成为材料科学领域中的重要研究对象。
在本文中,将介绍量子点的制备方法以及其性质分析方法。
一、制备量子点1. 气相法:通过在高温下将金属蒸发在气体环境中,使得金属原子被激发并逐渐形成均匀的量子点。
2. 溶液法:通过化学还原法、气溶胶-溶液合成法或电化学合成法等方法,在适当的反应条件下,将金属离子还原为金属原子,进而形成均匀的量子点。
3. 固相法:通过在金属纳米粉末表面进行原位还原反应或在热处理时诱发金属原子挤压成量子点,实现量子点制备。
4. 生物法:利用生物分子中的天然生物多酚、酸、碱和氨基酸等对金属离子的还原作用,在适当的 pH 值下形成均匀的量子点。
以上四种方法中,溶液法被广泛应用,因为通过溶液法制备的量子点具有尺寸均匀性高、处理简便、成本低等优点。
在实际应用中,通过控制化学反应条件,可以调节量子点的尺寸、形貌和能带结构,满足不同应用需要。
二、量子点的性质分析方法1. 光谱分析:通过光学吸收光谱和荧光光谱分析技术,可以研究量子点的吸收能带和激发能带,探究量子点的光物理和能带结构特征,为量子点的应用提供基础数据。
2. 结构分析:采用 X 射线衍射、高分辨透射电镜和扫描电子显微镜等技术手段,研究量子点的晶体结构、尺寸、形貌和表面特性,为进一步优化量子点的制备和应用提供指导。
3. 电学性质分析:通过场电子发射、电导和电容等电学测量技术,可以探究量子点电子态密度、带隙能量、电子迁移率和载流子寿命等电学性质,为量子点在光电子学和光电器件领域中的应用提供支撑。
4. 性能测试:利用荧光对比度、共振能量转移、荧光稳定性、光量子产率、时钟刻度、色纯度等量子点特有的性能指标,来评估量子点应用效果。
以上技术手段在量子点的研究中是至关重要的,并且这些方法也可以结合使用,以获得更加深入全面的信息。
三、结论量子点具有尺寸尺度小、表现出深奥的物理学特性、卓越的光电性能等优势,已经成为当代材料科学研究的热点。
(973标书)量子通信网络和量子仿真关键器件的物理实现

项目名称:量子通信网络和量子仿真关键器件的物理实现首席科学家:起止年限:2011.1至2015.8依托部门:中国科学院二、预期目标本项目的总体目标是实现若干量子通信网络和量子仿真关键器件。
通过系统的研究各个物理体系在实现量子信息过程中的基本物理问题,为量子信息的实用化找到一条切实可行的道路,同时完善现有的实验研究平台,磨炼和造就一支国际先进水平研究队伍。
我们希望在通信波段的量子光源的实现与应用,多光子操控,量子精密测量,网络量子信息过程,光学微腔量子信息器件的加工与操控以及量子仿真的理论与实验等方面作出若干国际领先的有显示度的成果。
五年的预期目标:1.研制基于量子点发射的通信波段非经典光源原型器件,并利用这些器件进行量子通信网络化、长程化的各种基本问题的研究,如信道的非马尔科夫性、信道的波分复用等。
完成基于量子点中自旋态的量子控制的原理性验证。
2.完成八光子通信复杂度实验;提高多光子干涉的过程保真度;可能实现逼近或达到海森堡极限的高精度量子测量实验;研制二维网络纠缠光源原型器件,建立一个可用于研究网络量子信息过程的有一定规模的量子网络平台。
3.掌握基于微纳光学腔的可集成化量子仿真中的核心技术和并实现其中的关键操作,如实现光腔中单量子体与腔模强耦合;实现对光子态或者原子能级态的量子相干操纵;制备由多个光学腔构成的光学腔阵列,并实现其中两个耦合腔体系的相互作用。
4.在具有可集成性的量子系统芯片式设计和调控,强关联模型的量子仿真和量子奇异相探测以及在基于量子信息的算法研究、量子相变和量子纠缠的理论方面获得若干重要的进展。
我们预期在国际高水平杂志上发表论文100篇以上,培养博士生30名左右。
三、研究方案一、研究方案本项目将利用光子及光子与固态物质相互作用过程,拟在量子通信网络和量子仿真的关键性技术上取得突破。
在量子信息物理实现方面,各种物理体系具有不同特点。
不同的量子比特系统相对于不同的量子信息实现过程具有不同的长处和不足,如光学有利于量子信息传播;固态系统有利于器件的集成和信息的定域化存储;而在高品质的微腔中光与原子的相互作用有利于实现量子信息的操纵。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
[ . ea cn a nien 2 0( )23 ti se enEgei ,0, 4 ; J Marl ic d n rg 0 7 5 ] s
一2 8 5
常红移及半高宽减小等现象( 这里未示出 川。 )
发光强度 随温 度升高 ( 10 8K) 约 1 一10 而增 大 是 由于 载 流子 在 不 同 量子 点 层 之 间 的 迁移 产
在4 一 0 0 7K范围内, 发光强度随温度升高而
增 大是 由于载流子从同一尺寸分布族 中的尺寸较 小量子 点能级跃迁到尺寸较大量子点能级 中。载 流子在 尺寸不同的量子点之间的弛豫过程使得 发 光强度 的衰退 减缓 , 载流子 寿命增 加 , 生如图 会产 2 所示 P L谱的不均匀变化 , 会导致 P 并 L峰值超
0 0 . 1 5 0 1 0 1 . . 5 11
图1 样品P L积分强度及寿命的温度变化 情况
低温下( 4K) T< , 0 P L积分强度 、 峰值能量 以 及P L寿命均保 持不 变, 是零 维激 子 的典型 特 这 性 。在该温度下 , 热激发过 程可以忽略 , 光峰可 发 认 为来 自辐射复合过程 , 不随温度变化而变化。 它
增 强机制并不相同。
\ 、、一
2 刀
口
月 田
, 匀
Tn r epe曲州 叼 图 2 不 同温度下的 P 谱 L
言a 瑟 m 勺
吕 }已 - 定
绷
凡
P o n eg(V) ht E iye o n
温度进一 步升高 ( > 0 , T 1 K)电子 一声子散 9 射起 主要作 用 , 此时 P L谱 积分强 度开始 随温度 上升 而下 降, 载流子寿命则开始减小。 3 结 论
过来的载流子被 另一层 的全部 量子点 所俘获 , 使 其发光淬灭较慢 ,L积分强度增 大, P 寿命 变大, 同 时P L谱 随温度升高产 生均匀 展宽 , 图 2所示。 如
1 样品和实验
实验所用样 品选用 V G公 司 的 V 0 MK 一 8H I分 子束 外 延 ( E) MB 生长 系 统在 半 绝缘 GA as (0) 10衬底上生长 。包含三 个量子 点层 , 量子点层 厚度 为 2 5 ( oo yr, 子 点 上 面 生 长 . m nl e) 量 ML a
[]oe l M Wabr n JK r K,t Soae 21 dfd C, u o R ami a tr o 3 e rt , e l . g f e c s h e n f s b d rn ad l isl s m l I qatm t lt e o n o s e-a e e r unu d s Os o [ - p. s L t 99 (4 , ) 1 9一 Apl Py. t ,19, 7 ) (3 : 3 J ] h e- 1 8
po l isne P ) T e l so t t Q 'P ie ad nt, ie p k r ho mn c c (RL 一 h rus h t D s n g t ie i l t , ee tu ee T e t hw h s a e L re n sy i m e n - t t f e a
通过对 多 层 自组织 IA / a 量子点 的稳 n sGAs 态和瞬态发 光特 性的研 究 , 发现量 子点 P L谱 的 发光强 度、 发光寿命 及峰值 能量均有 强烈 的温 度 信 赖关 系, 这说明不 同尺寸 量子点之间 、 同量 子 不 点层 之间存 在着 强烈藕合 作用。同时还发 现 , 不 同尺寸 量子点 之间 的载 流子迁移在 较低温 度(0 4 - 下起主要作用 , 7K) 0 而载流子在 不同量子点 层 之 间的迁移 则 发生 在较 高温 ( 0K)并 且 在 > 0 , 1 10 9K左右起主导作用 。 感谢 中科 院半导体所牛智川研究员给我们 提 供 高质 量的量 子点样品。
层 。量 子 点 层 的 生 长 温 度 为 50 其 它 为 1` C, 60 。生 长过程用高能电子衍 射( H E 进行 0` C R E D)
监测 。
材料成为近年来的研究热点之一(x 11 .
研究 自组织生 长量子点 激子复合 寿命 , 以 可 获得影响量 子点 激子 动力 学的一 些基 本物 理机
参 考 文 献: []ji H s n Mar H.pi l rc rao o 1Hi M, as F, ae O ta ca t itn r e f c h a es i f slognz IA / A q nu d s n i d sGas atm t g w b MB e ra e n f u o r o y E
(, ‘若 理 崔 - 习 铭 』 扭 』1已
位 四
.- 月 -一 .
幽 动
盲 苍 行
厂 “
、气 、・、
厂 \
‘\ - 、、』 .
2刃 ,刀
一 尸心 . 月护.
介 月 】已
幼 。
变, 而低能端则随温度升高而红移; 而在 10 1-
10 8K时 , 发光 峰则随温度而 整体红移 , 如图 1 所 示。这说明在此两 个温度 区域内 , 发光 峰的强度
第2 2卷增刊
20 03年 6月
山 东科 技 大学 学报 (自然 科 学版 )
Vl 2 o2 Sp . u
Junl S adn Unvri o S i c d cnl y trl ec) Jn.0 3 ora o hno g ie t f ee a T h o g ( ua Sin u 2 0 f s y c n n e o Na c e
3mnZ . s应 变缓 冲 层, 着 再 生 长 nI .Ga A 0 aB 接
1n as 0mG A 隔离层。最后 再生长 1n G A 保护 0m a s
山 东 科 技 大 学 学 报 (自然 科 学 版 )
第 2 2卷
光峰的积分 强度 和 P L谱寿 命基本 保 持不 变;0 4 一 0 发光 峰的积分 强度急剧增大同时 P 8 K, L寿命 略有 增加 ;0 0K范 围内 , 度增加 的速度 有 8 一10 强 所 减缓 ; 再升高 时(1 一10 , 温度 10 8K)积分强 度又 随温度升高而急剧增大 同时 P L寿命也 随之 急剧 变大 ; 步升高温 度, 进一 发光峰 的积分强度 和寿命 开始随温度升高而直线下降 。 在 4 一8 K时, 0 0 发光峰 的高能端基 本保持 不
光致发光谱 P ) ( L 测 量采用 半导 体脉 冲激光 器作 为 激 发 光 源 , 长 68m, 复 频 率 为 波 3n 重 4MH 。时间相关光 致发光谱 ( R L 测量使用 0 z T P)
制[, 低维光电子器件的研制提供物理基础。 (为 3 1
本文利用变 温 (3-20 1 0K)光致 发光谱 (L , P )瞬 态荧光谱 ( R L) 究 了 自组织 多 层生 长 IA TP 研 ns 量子点的发光及激 子的温度 特性 , 对实验 中观察 到的现象予以解释。
A s at T e ay d ni t rc rt o sf 。gn e mu i l e IA / as nu dt bt c: s d a t s n caat ii f 一 rai d l 一a r sG A qat os r h t e n r e h e sc e a l z t y n u m a df et ea r (0 0K) v be s d d P oo mi s ne L ad e e le t e n t rt e 一30 h e n i b htl n c c ( ) t 一rsvd ir e f mp u 1 a e t e y u u ee P n i m o
C I f, NG n- i, N urn , Z n - og WU egyn A J- K i a O L gmnC E Z - a i H h h u
( p oPhan, a n nvnr Xi nF n 10 C ia Det yi Xi f e me U ie c a ,ji 3 05, n) y, me a 6 h
g ae pr ue eedn a l t ea r < K) w i ae s e d tp acaat ii y t e tr i pnet o e rt e 4 , h h cni r te i l rc rt r e a m n d t mp u ( 0 w c r o d e h y c h esc
14 8 1.
生〔7 1。这种迁移过程是多声子参与的隧穿过程, 2
低温下 , 此过程效率不高 , 但在 温度高 于 10 以 0K 后 由于量子点 由于量 子点 中载流子的热能开始 大 于或等于激子 限制能 , 载流子 在不 同量子 点层之
间跃迁的几率增大此过程开始起作用[, 5 并在约 ] 10 达到最大值。 8K时 此时从不同量子点层迁移
o te r f z o一dme s nl ctn . h e i ni ae i s o x o Ke w r sIAs a tm os P TRP lei y d : q nu d t; o n u L; L; t i me f
在半导体量子 点中 , 由于载 流子在所 有方 向 都受到量子限制 , 具有独 特的物理 性质和 广阔的 应用前景 , 计算表 明利用量 子点结构 组成 的 理论 激光器的阂值 电流将大 幅度 降低 。因此 , 量子点
图1 同温度 下测得的 P 为不 L谱 。图中虚线 为高斯拟合线 , 从图中可以看出, 量子点具有两个 发光峰 , 能 峰的强 度很 大( 低 整个 测量 温度 范 围 内)而高能峰 的强度较弱 。由于高能峰对整个发 , 光 的贡献较小 , 主要讨论低 能峰的发光特性。 图 2给出样 品发光 峰积分强度 的和峰值能量 P L谱寿命 的温度 变化 情况。低温 下( 4 K , < )发 0
中分号 4常 图类 :3 03