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ZnO/ZnS核—壳结构量子点双光子吸收特性的研究

刘姝妤  
【摘要】:摘要:与被广泛研究的第一类核-壳结构半导体量子点不同,基于ZnO为核的纳米点复合材料是典型的第二类核-壳结构。第二类核-壳结构半导体,由于错层结构(壳层的导带、价带能位比核心材料的导带、价带均高或均低),可以通过改变材料的核心半径与壳层厚度等参数控制其能位的相对移动,这样,与其相关的各种物理过程,如:发射波长、辐射寿命、荧光量子产率、俄歇效应、激子-激子相互作用等都可以进行人工调节。研究第二类核-壳结构半导体量子点的制备与非线性光学性质不仅有理论方面的重要意义,而且在实际应用方面也有重要的价值。本论文针对以ZnO为核的ZnO/ZnS核-壳结构半导体量子点的制备与双光子吸收效应进行了研究,研究内容与结果如下: (1)采用水热合成法制备以ZnO为核的ZnO/ZnS、ZnO/ZnS/Ag核-壳结构量子点,X射线衍射分析、高分辨透射电子显微镜、选区电子衍射和扫描电子显微镜分析得出ZnO核与ZnS壳为六角结构,覆盖在表面的Ag纳米点为立方结构,平均尺寸为9nm。 (2)通过紫外-可见吸收光谱得出ZnO/ZnS、ZnO/ZnS/Ag核-壳结构量子点在二甲基甲酰胺(DMF)溶液中的最低激子跃迁波长是在350nm左右;通过比较ZnO量子点与ZnO/ZnS核-壳结构量子点的荧光光谱图,可以发现ZnS包覆ZnO后,有效地减少了量子点的表面缺陷。相对于ZnO量子点,ZnO/ZnS量子点的发光有了很大的增强。 (3)利用波长为660nm的飞秒激光脉冲,通过开孔Z扫描和泵浦-探测技术研究了ZnO/ZnS、ZnO/ZnS/Ag核-壳结构量子点在不同光强下的双光子吸收特性。实验结果表明,对于同种材料,光强越大,非线性吸收越大。而在相同光强下,ZnO/ZnS/Ag量子点的三阶非线性吸收要比ZnO/ZnS的大。 综上所述,我们发现ZnO/ZnS和ZnO/ZnS/Ag核-壳结构量子点的双光子吸收是一个瞬态的非线性过程,并且非线性吸收随着激光光强的增大而增大,这说明在常温下以ZnO为核的纳米复合材料在光电子器件方面具有巨大的应用前景。


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