Атомная и электронная структура квантовых точек на основе CdSe
- Авторы: Заводинский В.Г.1, Горкуша О.А.1
-
Учреждения:
- Хабаровское отделение Института прикладной математики ДВО РАН
- Выпуск: Том 10, № 1 (2023)
- Страницы: 128-137
- Раздел: НАНОТЕХНОЛОГИИ И НАНОМАТЕРИАЛЫ
- URL: https://journals.eco-vector.com/2313-223X/article/view/545847
- DOI: https://doi.org/10.33693/2313-223X-2023-10-1-128-137
- ID: 545847
Цитировать
Аннотация
В рамках теории функционала плотности выполнены сравнительные расчеты полной энергии и электронных состояний наночастиц CdnSen со структрой трех типов: вюрцит, сфалерит и NaCl. Показано, что при n ≤ 72 энергетически выгодно формирование структуры типа NaCl. Однако экстраполяция величин энергии, приходящейся на пару атомов Cd–Se, показывает, что при n > 130 (что соответствует размеру около 2 нм) частицы со структурой типа «вюрцит» могут быть более выгодны, чем частицы со структурой NaCl. Исследована электронная структура наночастиц CdnSen, CdnSn и ZnnSn, а также квантовых точек CdSe/CdS и CdSe/CdS/ZnS. Показано, что оболочка ZnS не только увеличивает ширину запрещенной зоны квантовой точки, но и существенно повышает интенсивность ее излучения за счет появления электронных состояний вблизи запрещенной зоны.
Ключевые слова
Полный текст
Об авторах
Виктор Григорьевич Заводинский
Хабаровское отделение Института прикладной математики ДВО РАН
Email: vzavod@mail.ru
доктор физико-математических наук, профессор; ведущий научный сотрудник Института материаловедения ХНЦ ДВО РАН
Россия, ХабаровскОльга Александровна Горкуша
Хабаровское отделение Института прикладной математики ДВО РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: o_garok@rambler.ru
кандидат физико-математических наук; старший научный сотрудник Хабаровского отделения Института прикладной математики ДВО РАН
Россия, ХабаровскСписок литературы
- Rani S., Thanka Rajan S., Shanthi J. et al. Review on the materials properties and photoelctrochemical (PEC) solar cells of CdSe, Cd 1 × Zn × Se, Cd 1 × In × Se, thin films. Materials Science Forum. 2015. No. 832. Pp. 1–27. doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/MSF.832.1' target='_blank'>www.scientific.net/MSF.832.1.
- Talapin D.V., Nelson J.H., Shevchenko E.V. et al. Seeded growth of highly luminescent CdSe/CdS nanoheterostructures with rod and tetrapod morphologies. Nanoletters. 2007. Vol. 7. No. 10. Pp. 2951–2959.
- Ying Luo, Lin-Wang Wang. Electronic Structures of the CdSe/CdS Core-Shell Nanorods. ACS Nano. 2010. Vol. 4. No. 1. Pp. 91–98.
- Romanova K.A., Galyametdinov Y.G. Quantum-chemical study of CdSe/CdS core/shell and CdSe/CdS/ZnS core/shell/shell quantum dots with different layers ratio. AIP Conference Proceedings. 2021. No. 2380. P. 060001. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0058295.
- Rosmani C.H., Zainurul A.Z., Rusop M., Abdullah S. The optical and electrical properties of CdSe nanoparticles. Advanced Materials Research. 2014. No. 832. Pp 557–561.
- Abbassi A., Zarhri Z., Azahaf Ch. et al. Boltzmann equations and ab initio calculations: Comparative study of cubic and wurtzite CdSe. Springer Plus. 2015. No. 4. P. 543. doi: 10.1186/s40064-015-1321-z.
- Xiongbin Wang, Jiahao Yu, Rui Chen. Optical characteristics of ZnS passivated CdSe/CdS quantum dots for high photostability and lasing. Nature Scientific Reports. 2018. No. 8. P. 17323. doi: 10.1038/s41598-018-35768-8.
- Su-Huai Wei, Zhang S.B., Zunger A. First-principles calculation of band offsets, optical bowings, and defects in CdS, CdSe, CdTe, and their alloys. J. Appl. Phys. 2000. Vol. 87. No. 3.
- Wulei Zhou, Tuo Cai, Yun Chen et al. Synthesis of CdS-capped CdSe nanocrystals without any poisonous materials. Advanced Materials Research. 2014. Vol. 981. Pp. 806–809.
- Jiangtao Hu, Lin-wang Wang, Liang-shi Li et al. Semiempirical pseudopotential calculation of electronic states of CdSe quantum rods. J. Phys. Chem. B. 2002. No. 106. Pp. 2447–2452.
- Kolomijtseva Yu.A., Kokomijtsev Yu.C., Skujbin B.G., Ambrozevich C.A. Investigation of luminescence of CdSe/CdS quantum dots. Vestnik nauki i obrazovaniia. 2018. Vol. 2. No. 7 (43). Pp. 32–36. (In Rus.)
- Vitukhnovsky A.G., Vaschtnko A.A., Bychkovsky D.N. et al. Photo- and electroluminescence of semiconductor colloid quantum dots inside organic matrices: QD-OLED. Fizika i tekhnika poluprovodnikov. 2013. Vol. 47. No. 12. Pp. 1591–1594. (In Rus.)
- Kuritsin D.O., Muradova A.G., Yurtov E.V. et al. Synthesis and study of photoluminescence properties of CdSe quantum dots. Uspekhi v khimii i khimicheskoj tekhnologii. 2019. Vol. XXXIII. No. 10. Pp. 26–28. (In Rus.)
- Stepanova U.A., Al-Majakhi H., Muradova A.G. et al. Preparation of an epoxypolymer nanocomposite containing CdSe quantum dots. Uspekhi v khimii i khimicheskoj tekhnologii. 2019. Vol. XXXIII. No. 10. Pp. 53–55. (In Rus.)
- Jones M., Lo Sh.S., Scholes G.D. Quantitative modeling of the role of surface traps in CdSe/CdS/ZnS nanocrystal photoluminescence decay dynamics. PNAS. 2009. Vol. 106. No. 9. Pp. 3011–3016. doi: 10.1073/pnas.0809316106.
- Jianmin Xu, Xiaojun Ji, Kerim M. Gattás-Asfura et al. Langmuir and Langmuir–Blodgett films of quantum dots. Colloids and Surfaces A: Physicochem. 2006. Eng. Aspects 284–285. Pp. 35–42.
- Ratnesh R.K., Mehata M.S. Synthesis and optical properties of core-multi-shell CdSe/CdS/ZnS quantum dots: Surface modifications. Optical Materials. 2017. No. 64. Pp. 250–256.
- Proshchenko V., Dahnovsky Y. Spectroscopic and electronic structure properties of CdSe nanocrystals: Spheres and cubes. Phys. Chem. Chem. Phys. 2014. No. 16. Pp. 7555–7561.
- Neeleshwar S., Chen C.L., Tsai C.B. et al. Size-dependent properties of CdSe quantum dots. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2005. Vol. 71. No. 201307 (1-4).
- Beckstedte M., Kley A., Neugebauer J., Scheffler M. Density functional theory calculations for poly-atomic systems: Electronic structure, static and elastic properties and ab initio molecular dynamic. Comput. Phys. Commun. 1997. No. 107. Pp. 187–205.
- Kohn W., Sham J.L. Self-consistent equations including exchange and correlation effects. Phys. Rev. 1965. No. 140. Pp. A1133–A1138.
- Fuchs M., Scheffler M. Ab initio pseudopotentials for electronic structure calculations of poly-atomic systems using density functional theory. Comput. Phys. Commun. 1999. No. 119. Pp. 67–165.
- Perdew J.P., Wang Y. Accurate and simple density functional for the electronic exchange energy. Phys. Rev. B. 1986. No. 33. Pp. 8800–8802.
- Ceperly D.M., Alder B.J. Ground state of the electron gas by a stochastic method. Phys. Rev. Lett. 1980. No. 45. Pp. 566–569.
- Perdew J.P., Burke K., Wang Y. Generalized gradient approximation for the exchange-correlation hole of a many electron system. Phys. Rev. B. 1996. No. 54. Pp. 16533–16539.
- Hamman D.R. Generalized norm-conserving pseudopotentials. Phys. Rev. B. 1989. No. 40. Pp. 8503–8513.
- Troullier N., Martins J.I. Efficient pseudopotentials for plane-wave calculations. Phys. Rev. B. 1991. No. 43. Pp. 1993–2006.
- Soltani N., Gharibshahi E., Saion E. Band gap of cubic and hexagonal CdS quantum dots. Experimental and theoretical studies. Chalcogenide Letters. 2012. Vol. 9. No. 7. Pp. 321–328.
- Tran T.K., Park W., Tong W. et al. Photoluminescence properties of ZnS epilayers. Journal of Applied Physics. 1997. No. 81 (6). Pp. 2803. doi: 10.1063/1.363937.
- Ong H.C., Chang R.P.H. Optical constants of wurtzite ZnS thin films determined by spectroscopic ellipsometry. Applied Physics Letters. 2001. No. 79 (22). P. 3612. doi: 10.1063/1.1419229.
- Qadri S.B., Skelton E.F., Hsu D. et al. Size-induced transition-temperature reduction in nanoparticles of ZnS. Physical Review B. 1999. No. 60. Pp. 9191–9193.
- de Queiroz A.A.A., Mayler M., Soares D.A.W., Franca É.J.J. Modeling of ZnS quantum dots synthesis by DFT techniques. Journal of Molecular Structure. 2008. No. 873. Pp. 121–129.
- Nazerdeylami Somayeh, Saievar Iranizad Esmaiel, Molaei, Mehdi. Optical properties of synthesized nanoparticles ZnS using methacrylic acid as the capping agent. International Journal of Modern Physics: Conference Series. 2012. Vol. 5. Pp. 127–133. doi: 10.1142/S2010194512001936
- Borah J.P., Barman J., Sarma K.C. Structural and properties of ZnS nanoparticles. Chalcogenide Letters. 2008. Vol. 5. No. 9. Pp. 201–208.
- Pathak C.S., Mishra D.D., Agarawala V., Mandal M.K. Mechanochemical synthesis, characterization and optical properties of zinc sulphide nanoparticles. Indian J. Phys. 2012. No. 86 (9). Pp. 777–781. doi: 10.1007/s12648-012-0133-z.