Temperaturabhängige Fluoreszenzdynamik einzelner Halbleiternanokristalle

In der vorliegenden Arbeit wurde die Fluoreszenzdynamik einzelner CdSe-Halbleiternanokristalle und isolierter Nanokristall/Farbstoff-Komplexe untersucht. Dazu wurde ein konfokales Mikros­kop aufgebaut, mit dem Spektren und Zerfallskurven einzelner Fluorophore bei Raumtemperatur und tiefen Temperaturen bis zu 1.4 Kelvin gemessen werden konnten. Mit diesem Aufbau konnten erstmals Fluoreszenz­lebenszeiten einzelner Nanokristalle mit der Methode des zeit­korre­lierten Einze­lphotonen­zählens (timecorrelated single photon counting, TCSPC) bei Raumtemperatur und später auch bei tiefen Temperaturen bestimmt werden. Zur Auswertung der Daten wurden verschiedene Methoden entwickelt, um die Fluoreszenzdynamik aus den exponentiellen oder nicht-exponentiellen Zerfallskurven zu extrahieren. Die Interpretation der berechneten Ratenverteilung lässt auf eine Korrelation zwischen der Fluoreszenzintensität und der Fluoreszenzlebensdauer schließen, deren Ursache auf Quenchermoleküle zurückgeführt wird. Mit geringer werdender Fluoreszenzintensität zerfallen die Abkling­kurven schneller und die Lebensdauern sind breiter verteilt. Messungen bei tiefen Temperaturen ermöglichte es zusätzlich die exzitonische Feinstruktur des Nanokristalls genauer zu Untersuchen. Hier zeigt sich eine deutliche Unterscheidung zwischen einer langsamen, temperaturabhängigen Zerfallskomponente (mit Zerfalssraten bis in den Mikrosekundenbereich) und einer schnellen, temperaturunabhängigen Zerfallsrate. Die gemessenen Ratenverteilungen bestätigten die berechneten theoretischen Zerfallsraten, jedoch auch weitere, mit bisherigen theoretischen Modellen nicht vereinbare, Raten. Schließlich wurden noch der Energietransfer zwischen Nanokristall-Farbstoffmolekül-Komplexen untersucht. Gemessene Abklingkurven der Nano­kristall-Komponente bei 2 Kelvin wiesen gegenüber dem isolierten Nanokristall keine entsprechenden langsamen Zerfallsraten auf.

In the present thesis the fluorescence dynamic of single CdSe semiconductor nanocrystals and the isolated nanocrystal/dye complexes were investigated. A confocal microscope was setup to measure spectra and decay curves of single fluorophores at room temperature and low temperature (1.4 Kelvin). With this setup we could measure fluorescence decay curves of single CdSe nanocrystals with the method of time correlated single photon counting for the first time a room tempertature and later at low temperature. Differend methods to analyse the data was used to get the decay rates from the multiexponential decay curves. The interpretation of the calculated decay rates shows a correlation between the fluorescence intensity and lifetime witch could be depended of quench molecules. If the fluorescence intensity decrease, the average fluorescence lifetime is smaller and the lifetimes are broader distributed. At low temperature it is possible to investigate the excitonic finestructure of the nanocrystal. The results shows distinguishable lifetimes with a temperature independent fast component and a temperature dependent long lifetime with the microsecond range. The measured rate distribution approves the existing theoretical calculated rates but they showed also rates with does not confirm to the theoretical models. At the end of the PhD work the energy transfer between nanocrystal/dye complexes was researched. Measured decay curves of nanocrystal/dye complexes at 2 Kelvin shows compared to the isolated nanocrytal no according long decay fluorescence lifetime.