Dynamique de recombinaison radiative dans les nanofils InGaN/GaN : étude détaillée de la photoluminescence

Mesures effectuées dans le laboratoire de caractérisation optique des semi-conducteurs du Prof. Richard Leonelli du département de physique de l'université de Montréal. Les nanofils d'InGaN/GaN ont été fournis par le groupe du Prof. Zetian Mi du département de génie électrique et informatique de l'université McGill.

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.

Tuning the photophysical behavior of luminescent cyclam derivatives by cation binding and excited state redox potential

The emission from two photoactive 14-membered macrocyclic ligands, 6-((naphthalen-1-ylmethyl)-amino)trans-6,13-dimethyl- 13-amino- 1,4,8,11 -tetraaza-cyclotetradecane (L-1) and 6-((anthracen-9-ylmethyl)-amino)trans-6,13 -dimethyl - 13 -amino- 1,4,8, 1 1-tetraaza-cyclotetradecane (L-2) is strongly quenched by a photoinduced electron transfer (PET) mechanism involving amine lone pairs as electron donors. Time-correlated single photon counting (TCSPC), multiplex transient grating (TG), and fluorescence upconversion (FU) measurements were performed to characterize this quenching mechanism. Upon complexation with the redox inactive metal ion, Zn(II), the emission of the ligands is dramatically altered, with a significant increase in the fluorescence quantum yields due to coordination-induced deactivation of the macrocyclic amine lone pair electron donors. For [ZnL2](2+), the substituted exocyclic amine nitrogen, which is not coordinated to the metal ion, does not quench the fluorescence due to an inductive effect of the proximal divalent metal ion that raises the ionization potential. However, for [ZnL1](2+), the naphthalene chromophore is a sufficiently strong excited-state oxidant for PET quenching to occur.