EFFECT OF THE CdSe NANOPLATELETS CONCENTRATION IN A COLLOIDAL SOLUTION ON THE NONLINEAR CHANGE IN ABSORPTION

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Nonlinear absorption features of CdSe nanoplatelets colloidal solutions with a thickness of 2.5 and 3.5 monolayers were experimentally studied depending on the concentration in the case of resonant stationary excitation by nanosecond laser pulses. An increase in the amplitude of differential transmission and absorption saturation intensity at the wavelengths of excitonic transitions associated with heavy holes was detected for two series of samples with increasing concentration of nanoplatelets in the colloidal solution and explained by the process of excitons phase space filling. For colloidal solutions of high-concentration nanoplatelets, a region of negative differential transmission values was revealed at a sufficiently high pump intensity and explained by the transition from the absorption saturation regime to the optical amplification regime.

About the authors

G. A. Klimenko

Department of Physics, Lomonosov Moscow State University

Email: klimenko.ga17@physics.msu.ru
Russian Federation, 119991, Moscow

M. V. Kozlova

Department of Physics, Lomonosov Moscow State University

Email: klimenko.ga17@physics.msu.ru
Russian Federation, Moscow

K. V. Ezhova

Institute "Higher Engineering and Technical School", ITMO University

Email: klimenko.ga17@physics.msu.ru
Russian Federation, 197101, Saint Petersburg

B. M. Saidzhonov

Department of Materials Science, Lomonosov Moscow State University

Email: klimenko.ga17@physics.msu.ru
Russian Federation, 119991, Moscow

R. B. Vasil'ev

Department of Materials Science, Lomonosov Moscow State University

Email: klimenko.ga17@physics.msu.ru
Russian Federation, 119991, Moscow

A. M. Smirnov

Department of Materials Science, Lomonosov Moscow State University

Author for correspondence.
Email: klimenko.ga17@physics.msu.ru
Russian Federation, 119991, Moscow

References

  1. E. Matijevic and W.D. Murphy, Preparation and Properties of Monodispersed Spherical Colloidal Particles of Cadmium Sulfide, J.Coll. Interface Sci. 86, 476 (1982).
  2. A.D. Golinskaya, A.M. Smirnov, M.V. Kozlova et al., Tunable Blue-Shift of the Charge-Transfer Photoluminescence in Tetrapod-Shaped CdTe/CdSe Nanocrystals, Results Phys. 27, 104488 (2021).
  3. Fiore, R. Mastria, M.G. Lupo et al., Tetrapod-Shaped Colloidal Nanocrystals of II-VI Semiconductors Prepared by Seeded Growth, J.Am.Chem. Soc. 131, 2274 (2009).
  4. S. Ithurria and B. Dubertret, Quasi 2D Colloidal CdSe Platelets with Thicknesses Controlled at the Atomic Level, J.Am.Chem. Soc. 130, 16504 (2008).
  5. A.M. Smirnov, V.N. Mantsevich, D. S. Smirnov et al., Heavy-Hole and Light-Hole Excitons in Nonlinear Absorption Spectra of Colloidal Nanoplatelets, Sol. St. Comm. 299, 113651 (2019).
  6. A.M. Smirnov, A.D. Golinskaya, B.M. Saidzhonov et al., Exciton-Exciton Interaction and Cascade Relaxation of Excitons in Colloidal CdSe Nanoplatelets, J. Luminescence 229, 117682 (2021).
  7. S. Baimuratov, Y.K. Gun'ko, A.G. Shalkovskiy et al., Optical Activity of Chiral Nanoscrolls, Adv.Opt. Mat. 5, 1600982 (2017).
  8. L.V. Keldysh, Excitons in Semiconductor-Dielectric Nanostructures, Phys. Stat. Sol. (a) 164, 3 (1997).
  9. S. Malkmus, S. Kudera, L. Manna et al., Electron-Hole Dynamics in CdTe Tetrapods, J. Phys.Chem. B 110, 17334 (2006).
  10. C. Heyn, L. Ranasinghe, M. Zocher et al., Shape-Dependent Stark Shift and Emission-Line Broadening of Quantum Dots and Rings, J. Phys.Chem.C 124, 19809 (2020).
  11. E. Lhuillier, A. Robin, S. Ithurria et al., Electrolyte-Gated Colloidal Nanoplatelets-Based Phototransistor and its Use for Bicolor Detection, Nano Lett. 14, 2715 (2014).
  12. F. Meinardi, F. Bruni, and S. Brovelli, Luminescent Solar Concentrators for the Building-Integrated Photovoltaics, Nature Rev.Mat. 2, 1 (2017).
  13. H. Lee, S.W. Yoon, J.P. Ahn et al., Synthesis of type II CdTe/CdSe heterostructure tetrapod nanocrystals for PV applications, Sol. Energy Mater. Sol.Cells 93, 779 (2009).
  14. H. Lee, S. Kim, W.-S. Chung et al., Hybrid Solar Cells Based on Tetrapod Nanocrystals: The Effects of Compositions and Type II Heterojunction on Hybrid Solar Cell Performance, Sol.Energy Mater. Sol.Cells 95, 446 (2011).
  15. Z. Chen, B. Nadal, B. Mahler et al., Quasi-2D Colloidal Semiconductor Nanoplatelets for Narrow Electroluminescence, Adv.Funct.Mat. 24, 295 (2014).
  16. F. Chen, Q. Lin, H. Shen et al., Blue Quantum Dot-Based Electroluminescent Light-Emitting Diodes, Mat.Chem. Frontiers 4, 1340 (2020).
  17. R.B. Vasiliev, D.N. Dirin, M. S. Sokolikova et al., Growth of Near-IR Luminescent Colloidal CdTe/CdS Nanoheterostructures Based on CdTe Tetrapods, Mendeleev Commun. 19, 128 (2009).
  18. B. Guzelturk, Y. Kelestemur, M. Olutas et al., Amplified Spontaneous Emission and Lasing in Colloidal Nanoplatelets, ACS Nano 8, 6599 (2014).
  19. N.E. Watkins, J. Guan, B.T. Diroll et al., Surface Normal Lasing from CdSe Nanoplatelets Coupled to Aluminum Plasmonic Nanoparticle Lattices, J. Phys.Chem.C 125, 19874 (2021).
  20. Y. Wang, V.D. Ta, Y. Gao et al., Stimulated Emission and Lasing from CdSe/CdS/ZnS Core-Multi-Shell Quantum Dots by Simultaneous Three-Photon Absorption, Adv.Mat. 26, 2954 (2014).
  21. S. Dayal and C. Burda, Surface Effects on Quantum Dot-Based Energy Transfer, J.Am.Chem. Soc. 129, 7977 (2007).
  22. S. F. Wuister, A. van Houselt, C. de Mello Donega et al., Temperature Antiquenching of the Luminescence from Capped CdSe Quantum Dots, Angew.Chem. Int.Ed. 43, 3029 (2004).
  23. P.A. Frantsuzov and R.A. Marcus, Explanation of Quantum Dot Blinking without the Long-Lived Trap Hypothesis, Phys.Rev.B 72, 155321 (2005).
  24. Katsaba, V. Fedyanin, S. Ambrozevich et al., Characterization of Defects in Colloidal CdSe Nanocrystals by the Modified Thermostimulated Luminescence Technique, Semiconductors 47, 1328 (2013).
  25. M. S. Zabolotskii, A.V. Katsaba, S.A. Ambrozevich t al., Reversible and Irreversible Degradation of CdS/ZnSe Nanocrystals Capped with Oleic Acid, Phys. St. Sol. (RRL)-Rapid Res. Lett. 14, 2000167 (2020).
  26. A.V. Katsaba, S.A. Ambrozevich, V.V. Fedyanin et al., Effect of Auger Recombination in Ensemble of CdSe Nanocrystals on their Luminescence, J. Luminescence 214, 116601 (2019).
  27. M.A. Hines and P. Guyot-Sionnest, Synthesis and Characterization of Strongly Luminescing ZnSCapped CdSe Nanocrystals, J.Phys.Chem. 100, 468 (1996).
  28. S. Kumar, M. Jones, S. S. Lo et al., Nanorod Heterostructures Showing Photoinduced Charge Separation, Small 3, 1633 (2007).
  29. Vitukhnovsky, A. Shul'ga, S. Ambrozevich et al., Effect of Branching of Tetrapod-Shaped CdTe/CdSe Nanocrystal Heterostructures on their Luminescence, Phys. Lett.A 373, 2287 (2009).
  30. M.D. Tessier, C. Javaux, I. Maksimovic et al., Spectroscopy of Single CdSe Nanoplatelets, ACS Nano 6, 6751 (2012).
  31. P.M. Allen and M.G. Bawendi, Ternary I-III-IV Quantum Dots Luminescent in the Red to Near-Infrared, J.Am.Chem. Soc. 130, 9240 (2008).
  32. S. Schmitt-Rink, D. S. Chemla, and D.A.B. Miller, Theory of Transient Excitonic Optical Nonlinearities in Semiconductor Quantum-Well Structures, Phys.Rev.B 32, 6601 (1985).
  33. A.W. Achtstein, A. Schliwa, A. Prudnikau et al., Electronic Structure and Exciton-Phonon Interaction in Two-Dimensional Colloidal CdSe Nanosheets, Nano Lett. 12, 3151 (2012).
  34. E.V. Shornikova, L. Biadala, D.R. Yakovlev et al., Addressing the Exciton Fine Structure in Colloidal Nanocrystals: the Case of CdSe Nanoplatelets, Nanoscale 10, 646 (2018).
  35. J. Grim, S. Christodoulou, F. Di Stasio et al., Continious-Wave Biexciton Lasing at Room Temperature Using Solution-Processed Quantum Wells, Nature Nanotechnol. 9, 891 (2014).
  36. А.М. Смирнов, А.Д. Голинская, К.В. Ежова и др., Особенности нелинейного поглощения коллоидных растворов квантовых точек CdSe/ZnS при стационарном однофотонном возбуждении экситонов, ЖЭТФ 152, 1046 (2017).
  37. O. Svelto, Principles of Lasers, Springer New, York (2010), Vol. 620.
  38. A.M. Smirnov, A.D. Golinskaya, V.N. Mantsevich et al., Optical Gain Appearance in the CdSe/CdS Nanoplatelets Colloidal Solution, Results Phys. 32, 105120 (2022).
  39. B.M. Saidzhonov, V.B. Zaytsev, R.B. Vasiliev, Effect of PMMA Polymer Matrix on Optical Properties of CdSe Nanoplatelets, J. Luminescence 237, 1118175 (2021).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».