Современная электроника №4/2024

СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ 56 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2024 вблизи 500 нм , смещаясь в ультрафи - олетовую область . Для « свежих раство - ров » край поглощения в синей области сдвинут на 0,2 эВ . Кроме того , в районе 440 нм наблюдался небольшой выброс . В другой работе Брюса , опублико - ванной в 1984 году , приведены более тщательные исследования коллоид - ных квантовых точек , проведённые с использованием просвечивающей электронной микроскопии и лазерно - го спектрофотометра высокого разреше - ния . Полученные снимки позволили установить , что плоскости кристалличе - ской решетки квантовых точек CdS ана - логичны структурам вырезанных фраг - ментов объёмного образца Bulk CdS. Крупные микрокристаллы с разме - рами около 10 нм имели оптическое поглощение в коллоидном растворе , близкое к оптическому поглощению объёмного образца сульфида кадмия . Рамановские спектры квантовых точек с размерами 3 нм и 4 нм показали смещение пика 1LO в синюю область на 0,8 эВ и на 0,25 эВ соответственно [13]. Таким образом , анализ рамановских спектров , один из примеров которых приведён на рис . 3, достоверно указы - вает на квантовые ограничения пере - носа носителей заряда в коллоидных микрокристаллах CdS. Полученные результаты Брюс объ - яснил квантово - размерными эффекта - ми , возникающими в результате удер - жания электрона и дырки в небольшом объёме микрокристаллов CdS. Вобъёмномобразце CdS (Bulk) с идеаль - нойкристаллическойструктуройволновые функции валентной зоныи зоныпроводи - мости распределены равномерно по все - му кристаллу . При этомпара « электрон – дырка » локализуется в пространстве из - за кулоновского притяжения между проти - воположными зарядами , создавая возбуж - дение – экситон . Поскольку дырка обыч - но имеет большую эффективную массу , чемэлектрон , дырка более локализована , что приводит к большимлокальнымэлек - трическимполям . Этиполя сильно связа - ны с оптическими фононами кристалла . В микрокристаллах ( квантовых точках ) с размерами меньшими , чем « боров - ский радиус », начинает проявлять - ся режим квантового ограничения – КРЭ . При этомволновыефункции электро - нов и дырок перекрываются в простран - стве , что приводит к ослаблению генери - руемых локальных электрических полей . Поэтому форма пиков 1LO в раманов - скомспектре коллоидного раствора кванто - вых точек CdS помере уменьшения их раз - меров начинает всё больше отличаться от пика 1LO для объёмного образца BulkCdS. Квантово - размерные эффекты игра - ют особенно важную роль , когда размер микрокристаллов становится соизмери - мым с размером собственного экситона , который соответствует низшему возбуж - дённому состоянию . В этом случае начи - нает увеличиваться локализация кине - тической энергии электронов и дырок ( экситонов ), что стимулирует тенден - цию к синему смещению пика в спектре . Поскольку энергии валентной зоны и зоны проводимости микрокристал - лов зависят от электрохимического окислительно - восстановительного потенциала , то этот параметр также играет заметную роль в проявлении квантово - размерного эффекта . Для объяснения результатов своих экспериментов Брюс в статье , написан - ной в 1983 году , предложил модель кван - товой точки , учитывающую трёхмерное квантовое ограничение . При этом он использовал упрощённую схему элек - тростатики , подходящую для микрокри - сталлов с размерами около нанометра , имеющих дискретные электронные состояния . По существу , это была очень упрощённая модель , рассматривающая квантовую точку как большуюмолекулу . В качестве грубой оценки сдвига фотохимического окислительно - вос - становительного потенциала носи - теля , обусловленного локализацией кинетической энергии , он использовал формулу : h 2 /8em*R 2 , где h – постоян - ная Планка ; e – заряд электрона ; m* – эффективная масса ; R – радиус сфери - ческой квантовой точки [14]. Понимая , что они имеют дело с край - не важным физическим явлением , груп - па Луиса Брюса продолжила интен - сивные исследования коллоидных квантовых точек . Уже в следующем , 1984 году Брюс опубликовал резуль - таты новых исследований , в которых были приведены не только эксперимен - тальные доказательства эффекта КРЭ в обособленных коллоидных квантовых точках , но также предоставлена теорети - ческая база для понимания их природы . Луис Брюс был первым , кто опреде - лил связь между размером полупрово - дниковых квантовых точек и длиной волны испускаемого ими света в ответ на облучение лучом внешнего лазера . Иными словами , он предложил схе - му « светодиода на квантовой точке », которая воплотилась в жизнь в форме реального технического изделия массо - вого производства спустя сорок лет [15]. Несколькими годами позже Луис Брюс вместе с Полом Аливисатосом и Майком Штайгервальдом смогли с помощью пассивации поверхности кристаллов несколькими монослоями полупроводника с большей шириной запрещённой зоны получить стабиль - ные изолированные микрокристаллы с размерами от единиц до десятков нано - метров , растворимые в неполярных сре - дах ( толуоле , хлороформе , гексане и т . д .). Эти полупроводниковые нанокристаллы были покрытымолекулами поверхност - но - активного вещества ( лиганда ), пре - дотвращающего процесс агломерации . Самое главное в этойметодике было то , что учёным удалось найти способ , с помо - щьюкоторогоможно было получать полу - проводниковые микрокристаллы , покры - тые химически связаннымиорганическими лигандами , в виде чистого сухого продукта . В 1996 году AT&T выделила своё подразделение , в которое входила Bell Labs, в новую компанию под названи - ем Lucent Technologies. Тематика иссле - дований новой фирмы изменилась , и Луис Брюс был вынужден вместе с несколькими молодыми сотрудника - ми продолжить свои исследования в Колумбийском университете . В конце 1990- х группа Брюса в универ - ситете «Columbia» изучала механизмы зарождения конденсированных нанокри - сталлических фаз и образования полу - проводниковых микрокристаллов при выпаривании коллоидных растворов [16]. Вначале 2000- х Брюс однимиз первых стал использовать в своих экспериментах новый метод конфокальной микроско - пии (Confocal Microscope Method), пред - ложенный его коллегамииз Bell Labs [17]. Исследуя оптические переходы нано - кристаллов серебра и золота (Nanocrystal Optical Transitions), Брюс обнаружил , что их рэлеевское рассеяние гораздо силь - нее , чем обычное электронное поглоще - ние фотонов для более крупных нано - кристаллов . Это позволяет , в принципе , использовать нанокристаллы Au и Ag Рис . 5. Возбуждённые электронные состояния полупроводниковых углеродных нанотрубок представляют собой глубоко связанные экситоны [20]