PDF《Au 纳米颗粒和 CdTe 量子点复合体系发光增强和猝灭效应》

纳米颗粒对光强烈的吸收可应用于控制 药物在人体内的输运 [6] 和对癌细胞的光热处理 [7] ;

Au 纳米颗粒的局域表面等离激元共振吸收可以使 Si 纳米颗粒在近红外区域的光吸收增强两个数量 级[8] ;

链状纳米颗粒阵列可作为波导把电磁能量传 递到几个微米的距离 [9] ;

利用传播型的表面等离 激元 (SPP) 的传导特性可以实现基于 SPP 的光开 关[10?12] 以及单量子点的远程激发和探测 [13] . 另外, 金属纳米颗粒LSP的局域电场增强效应会增强 光与颗粒表面物质的相互作用, 导致如典型的表面 增强拉曼散射 [14,15] 和增强半导体发光等 [16?18] 效 应的出现. 事实上, 由于半导体的激子和金属的表面等离 激元之间的耦合过程十分复杂, 在半导体 -金属耦 合体系中半导体的发光有增强的现象, 也有发光猝 灭的现象发生 [16?21] , 半导体发光增强和猝灭的机 理至今还不十分清晰, 因此, 更好地理解激子和表 面等离激元的耦合过程和机理就显得尤为重要. 半?国家自然科学基金 (批准号: 11405280, 51402090)、 河南省教育厅科研项目 (批准号: 14B140021) 和周口师范学院博士科研启动经 费 (批准号: zksybscx201210) 资助的课题. ? 通信作者. E-mail: [email protected] ?

2015 中国物理学会 Chinese Physical Society http://wulixb.iphy.ac.cn 167301-1 物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 64, No.

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167301 导体的发光增强或猝灭取决于很多因素, 如半导体 发光能量和金属表面等离激元的能量之间的匹配、 金属的几何形状、 半导体和金属之间的距离等. 一 般来说, 半导体发光能量和金属表面等离激元能量 越匹配 (接近或相等), 共振耦合效应越强, 越能带 来更大的发光增强 [22,23] . 此外, 金属纳米颗粒的尺 寸以及金属纳米颗粒和半导体之间的距离对发光 增强和猝灭的竞争过程有一定影响 [17,24?26] . 离子注入技术是一种将纳米尺寸的颗粒镶嵌 在衬底近表面而形成纳米颗粒复合材料的最有效、 方便的方法之一, 且金属纳米颗粒受到衬底材料 的保护而具有较好的稳定性. 早在 1977年, Arnold 和Borders [27] 第一次利用离子注入技术在 SiO2 基 底中制备了镶嵌的 Au, Ag 纳米颗粒. 结合前期研 究工作基础 [21] , 本文设计了一种独特的方法来制 备Au 纳米颗粒和 CdTe 量子点耦合体系, 先通过 离子注入法在 SiO2 衬底表面形成镶嵌的 Au 纳米 颗粒, 随后将 Au 注入样品经过热退火处理来控制 Au 纳米颗粒的生长和分布, 接下来将化学合成的 CdTe 量子点的胶体旋涂于镶嵌有 Au 纳米颗粒的 SiO2 衬底表面. 提出了一种半导体激子和金属表 面等离子体耦合过程, 来解释该 Au-CdTe 纳米复 合体系中 CdTe 发光增强和猝灭现象, 将有助于澄 清半导体和金属耦合体系中的光发射增强和猝灭 机理.

2 实验采用金属蒸发真空多弧离子源 (MEVVA) 引 出的强束流脉冲 Au 离子注入到高纯光学石英玻璃 片, Au 离子注入的加速电压分别为

40 kV, 离子注 入的剂量是

1 *

1017 ions/cm2 . 将Au 离子注入后 的样品在普通的管式退火炉中, 空气氛围下进行热 退火处理, 退火温度是600―1000 ? C, 间隔100 ? C, 退火时间为1 h, 系统研究了热退火处理对Au纳米 颗粒的成核、 生长、 分布以及光学性能的影响. CdTe 量子点制备所需的实验材料有: 硝酸 镉(Cd(NO3)2), 碲粉 (Te), 硼氢化钠 (NaBH4), 巯 基乙酸 (TGA), 氮气 (N2), 氢氧化钠 (NaOH), 双 蒸水. 量子点合成具体实验过程如下: 1) 合成 NaHTe 水溶液, 首先将