Selective plasmonic control of excitons and their non-radiative energy transfer in colloidal semiconductor quantum dot solids
Kolloidal yarıiletken kuvantum noktacık filmlerinde ekzitonların seçimli plazmonik kontrolü ve radyasyonsuz enerji transferleri
- Tez No: 246238
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Nano yapı, Nanokompozitler, Nanokristaller, Nanoteknoloji, Yüzey plazmonları, Nano structure, Nanocomposites, Nanocrystals, Nanotechnology, Surface plasmons
- Yıl: 2009
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
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.
Özet (Çeviri)
To date extensive research has proved that semiconductors and metals exhibit extraordinary optical properties in nano-dimensions compared to their bulk counterparts. For example, an interesting effect is observed in metal nanostructures/nanoparticles (NPs) that we form to obtain localized plasmons, with their optical response highly tuneable using the size effect. Another field of interest at the nanoscale is the investigation of light generation and harvesting using colloidal semiconductor quantum dot nanocrystals (NCs) that we synthesize in few nanometers, with their emission and absorption excitonic peaks conveniently tuneable using the size effect. In this thesis, we proposed and demonstrated the first accounts of selectively plasmonically-controlled colloidal quantum dot emitters assembled in innovative architectures, with a control achieved either through spatial selection or spectral selection. In the first set of designs, we developed for the first time plasmonic NC-composites that rely on spatially-selected plasmon-coupled CdTe NC-monolayers interspaced with respect to Au NP-monolayers in a repeating three-dimensional layer-by-layer architecture. In these bottom-up designs of hybrid nanocomposites, the photoluminescence kinetics is strongly modified and a record quantum efficiency of 30% is achieved for such CdTe NC solids. In the second set of designs, we showed the first spectrally-selected plasmon-coupling of surface-emitting CdS NCs using optimized Ag NP deposits. This architecture allowed for the surface-state emission to be selectively enhanced while the interband emission is simultaneously suppressed in the same plasmon-coupled NCs, leading to the strongest surface-state emission from such CdS NCs reported with respect to their interband emission (with a >12-fold enhancement). Yet another important proximity phenomenon effective among quantum dot emitters is the Förster-type non-radiative resonance energy transfer (ET), in which excitonic excitation energy of the donor-NCs is non-radiatively transferred to the acceptor-NCs via dipole-dipole coupling. In the third set of our designs, we combined two fundamental proximity mechanisms of plasmon coupling and non-radiative energy transfer in the same NC solids. In plasmonic ET, we reported for the first time selectively plasmon-coupling of NC-acceptors and then that of NC-donors in the ET pair, both of which result in substantial enhancement of the acceptor emission with respect to ET with no plasmon coupling (with a maximum of 2-fold enhancement) as verified by their steady-state and time-resolved photoluminescence. This concept of spectrally/spatially-selective plasmon coupling in quantum dots paves a new path for devices and sensors in nanophotonics.
Benzer Tezler
- Cascading and modifying nonradiative energy transfer mechanisms in strong coupling region of plasmons and excitons in semiconductor quantum dots
Yarı iletken kuvantum noktacıklarında plazmon-ekziton güçlü etkileşim alanında ışınımsal olmayan enerji transfer mekanizmalarının sıralandırılması ve değiştirilmesi
ONUR AKIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Nanobiyosensör uygulamaları için metalik nano yapıların lokalize yüzey plazmon rezonansı (LYPR) temelli çevirici geliştirilmesi
Developing a transducer based on localized surface plasmon resonance (LSPR) of metallic nanostructures for nanobiosensor applications
ADİL BURAK TURHAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Fizik ve Fizik MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiNanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET MUTLU
- Molecular recognition based self assembly of engineered proteins on nanoscaled gold surfaces
Nano-ölcek metal yüzeylerde moleküler tanıma esaslı kendiliğinden montaj olabilen protein tasarımı
BANU TAKTAK KARACA
Doktora
İngilizce
2015
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
PROF. DR. CANDAN TAMERLER
YRD. DOÇ. DR. BÜLENT BALTA
- DNA polimeraz γ proteinine bağlanan yeni moleküllerin belirlenmesi ve kanser hücresi üzerine etkilerinin araştırılması
Identification of novel molecules bind to the DNA polymerase gamma protein and investigation their effects on cancer cell
İLGÜ ECE GÜLSER
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
BiyokimyaAcıbadem ÜniversitesiBiyokimya ve Moleküler Biyoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MELTEM MÜFTÜOĞLU
- Mikroalbumin tayini için SPR temelli nanosensörlerin hazırlanması
Preparation of SPR based nanosensors for microalbumin assays
MELTEM KOCA ESENTÜRK