Трехфотонное поглощение света и фотолюминесценция в пленках жидкокристаллических полимеров с внедренными квантовыми точками CdSe/ZnS

Авторы

  • Вячеслав Юрьевич Нестеров Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова; Московский физико-технический институт
  • Никита Денисович Преснов Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова
  • Станислав Васильевич Заботнов Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова https://orcid.org/0000-0002-2528-4869
  • Алексей Сократович Мерекалов Институт нефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева РАН https://orcid.org/0000-0002-8996-9568
  • Олег Николаевич Карпов Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова; Институт нефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева РАН https://orcid.org/0000-0002-7314-7885
  • Георгий Александрович Шандрюк Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова; Институт нефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева РАН https://orcid.org/0000-0003-4349-5296
  • Раиса Викторовна Тальрозе Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова; Институт нефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева РАН https://orcid.org/0000-0002-9151-5493
  • Леонид Анатольевич Головань Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова https://orcid.org/0000-0002-6838-5395

DOI:

https://doi.org/10.33910/2687-153X-2024-5-1-3-9

Ключевые слова:

полупроводниковые квантовые точки, жидкокристаллический полимер, ап-конверсия, фотолюминесценция, многофотонное поглощение

Аннотация

В данной работе исследовано нелинейное поглощение инфракрасных (ИК) (1250 нм) фемтосекундных импульсов и возбуждаемая ими видимая фотолюминесценция (ФЛ) в жидко-кристаллических (ЖК) полимерных пленках с внедренными квантовыми точками (КТ) CdSe/ZnS типа «ядро–оболочка». Зависимость нелинейного пропускания от падающей интенсивности указывает на трехфотонное поглощение в пленках, при этом коэффициент поглощения трех фотонов для полимерного композита КТ–ЖК полимер сопоставим с этой величиной для объемного CdSe. Спектр ФЛ, возбуждаемой ИК-импульсами, совпадает со спектром однофотонной ФЛ. Зависимость сигнала ФЛ от мощности излучения ИК-лазера кубическая с последующим насыщением для спектрального диапазона 2,10–2,25 эВ, при этом интенсивность насыщения уменьшается для меньшей энергии фотонов ФЛ. Присутствие сигнала второй гармоники в спектре сигнала ап-конверсии приводит к его изменению с увеличением мощности возбуждения.

Библиографические ссылки

Bae, W. K., Char, K., Hur, H., Lee, S. (2008) Single-step synthesis of quantum dots with chemical composition gradients. Chemistry of Materials, 20 (2), 531–539. https://doi.org/10.1021/cm070754d (In English)

Benis, S., Cirloganu, C., Cox, N. et al. (2020) Three-photon absorption spectra and bandgap scaling in direct-gap semiconductors. Optica, 7 (8), 888–899. https://doi.org/10.1364/OPTICA.396056 (In English)

Chen, Y., Liang, H. (2014) Applications of quantum dots with upconverting luminescence in bioimaging. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 135, 23–32. https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2014.04.003 (In English)

Dutta, R., Barik, P. (2022) Upconversion and downconversion quantum dots for biomedical and therapeutic applications. In: P. Barik, S. Monal (eds.). Application of quantum dots in biology and medicine. Recent advances. Singapore: Springer Publ., pp. 229–263. https://doi.org/10.1007/978-981-19-3144-4_12 (In English)

Efros, A. L., Brus, L. E. (2021) Nanocrystal quantum dots: From discovery to modern development. ACS Nano, 15 (4), 6192–6210. https://doi.org/10.1021/acsnano.1c01399 (In English)

Golovan, L. A., Elopov, A. V., Zaitsev, V. B. et al. (2020) Photoluminescence of CdSe and CdSe/ZnS quantum dots in amorphous and liquid-crystalline polymer matrices. Polymer Science. Series A: Physics, 62 (6), 701–713. http://dx.doi.org/10.1134/S0965545X20060048 (In English)

Jung, H., Ahn, N., Klimov, V. I. (2021) Prospects and challenges of colloidal quantum dot laser diodes. Nature Photonics, 15 (9), 643–655. https://doi.org/10.1038/s41566-021-00827-6 (In English)

Kirmani, A. R., Luther, J. M., Abolhasani, M., Amassian, A. (2020) Colloidal quantum dot photovoltaics: Current progress and path to gigawatt scale enabled by smart manufacturing. ACS Energy Letters, 5 (9), 3069–3100. https://doi.org/10.1021/acsenergylett.0c01453 (In English)

Laktaev, I. D., Saidzhonov, B. M., Vasiliev, R. B. et al. (2022) Two-photon excited biexciton photoluminescence in colloidal nanoplatelets CdSe/CdS. Journal of Luminescence, 252, article 119414. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2022.119414 (In English)

Le, N., Kim, K. (2023) Current advances in the biomedical applications of quantum dots: Promises and challenges. International Journal of Molecular Science, 24 (16), article 12682. https://doi.org/10.3390/ijms241612682 (In English)

Litvin, A. P., Martynenko, I. V., Purcell-Milton, F. et al. (2017) Colloidal quantum dots for optoelectronics. Journal of Material Chemistry A, 5 (26), 13252–13275. https://doi.org/10.1039/C7TA02076G (In English)

Moon, B.-S., Lee, T. K., Jeon, W. C. et al. (2021) Continuous-wave upconversion lasing with a sub-10 W cm−2 threshold enabled by atomic disorder in the host matrix. Nature Communications, 12 (1), article 4437. https://doi.org/10.1038/s41467-021-24751-z (In English)

Rakovich, Yu. P., Donegan, J. F. (2008) Anti-Stokes photoluminescence in semiconductor nanocrystal quantum dots. In: A. L. Rogach (ed.). Semiconductor nanocrystal quantum dots. Vienna: Springer Publ., pp. 257–275. http://dx.doi.org/10.1007/978-3-211-75237-1_9 (In English)

Shandryuk, G. A., Matukhina, E. V., Vasil’ev, R. B. et al. (2008) Effect of H-bonded liquid crystal polymers on CdSe quantum dot alignment within nanocomposite. Macromolecules, 41 (6), 2178–2185. http://dx.doi.org/10.1021/ma701983y (In English)

Tselikov, G. I., Timoshenko, V. Yu., Golovan, L. A. et al. (2015) Role of the polymer matrix on the photoluminescence of embedded CdSe quantum dots. ChemPhysChem, 16 (5), 1071–1078. http://dx.doi.org/10.1002/cphc.201402913 (In English)

Wang, F., He, M., Huang, B. et al. (2023) Band gap engineering improves three-photon luminescence of quantum dots for deep brain imaging. Analytical Chemistry, 95 (29), 10947–10956. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c00845 (In English)

Ye, Z., Lin, X., Wang, N. et al. (2021) Phonon-assisted up-conversion photoluminescence of quantum dots. Nature Communications, 12 (1), article 4283. https://doi.org/10.1038/s41467-021-24560-4 (In English)

Zhou, W., Shang, Y., Garcia de Arquer, F. P. et al. (2020) Solution-processed upconversion photodetectors based on quantum dots. Nature Electronics, 3 (5), 251–258. https://doi.org/10.1038/s41928-020-0388-x (In English)

Загрузки

Опубликован

2024-03-11

Выпуск

Том 5 № 1 (2024)

Раздел

Condensed Matter Physics

Лицензия

Copyright (c) 2024 Вячеслав Юрьевич Нестеров, Никита Денисович Преснов, Станислав Васильевич Заботнов, Алексей Сократович Мерекалов, Олег Николаевич Карпов, Георгий Александрович Шандрюк, Раиса Викторовна Тальрозе, Леонид Анатольевич Головань

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Автор предоставляет материалы на условиях публичной оферты и лицензии CC BY-NC 4.0. Эта лицензия позволяет неограниченному кругу лиц копировать и распространять материал на любом носителе и в любом формате, но с обязательным указанием авторства и только в некоммерческих целях. После публикации все статьи находятся в открытом доступе.

Авторы сохраняют авторские права на статью и могут использовать материалы опубликованной статьи при подготовке других публикаций, а также пользоваться печатными или электронными копиями статьи в научных, образовательных и иных целях. Право на номер журнала как составное произведение принадлежит издателю.