Sự thay đổi cấu trúc trong hạt nano CdSe

Các kết quả nghiên cứu của tác giả cho thấy sự giảm kích thước chấm lượng tử CdSe đã ảnh hưởng mạnh mẽ không chỉ đến tính chất quang của chúng mà còn làm chuyển đổi cấu trúc trong hạt nano CdSe cũng như cấu trúc của lớp vỏ ZnS khi nghiên cứu chấm lượng tử lõi vỏ CdSe=ZnS.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Sự thay đổi cấu trúc trong hạt nano CdSe JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE Interdisciplinary Sci., 2014, Vol. 59, No. 1A, pp. 43-50 This paper is available online at http://stdb.hnue.edu.vn SỰ THAY ĐỔI CẤU TRÚC TRONG HẠT NANO CdSe Khổng Cát Cương3 , Nguyễn Văn Hùng1 , Hoàng Văn Hùng2 , Nguyễn Đăng Phú1 và Đinh Hùng Mạnh1 1 Khoa Vật lí, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội; 2 Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội; 3 Trường Đại Học Tây Bắc Tóm tắt. Phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang của nano CdSe dịch chuyển về phía sóng ngắn tương ứng với kích thước hạt giảm. Nguyên nhân của hiện tượng này không chỉ do hiệu ứng kích thước hạt trong vật liệu nano mà còn do sự thay đổi cấu trúc tinh thể của chúng. Kết quả thực nghiệm đã chứng tỏ rằng cấu trúc tinh thể của hạt nano CdSe chuyển đổi từ cấu trúc lập phương sang lục giác khi kích thước hạt tăng lên. Trong cấu trúc lõi/vỏ (CdSe/ZnS), cấu trúc tinh thể của lớp vỏ ZnS cũng xảy ra sự thay đổi cấu trúc tương tự khi chiều dày của lớp vỏ ZnS tăng lên. Các phép đo phổ hấp thụ, phổ huỳnh quang, nhiễu xạ tia X được sử dụng để xác định cấu trúc và kích thước của các hạt nano CdSe. Theo mô hình các quả cầu xếp chặt, sự chuyển đổi cấu trúc này được giải thích do xuất hiện các sai hỏng trong sắp xếp nguyên tử. Từ khóa: Hạt nano CdSe, cấu trúc lập phương, cấu trúc lục giác.1. Mở đầu Các nano tinh thể bán dẫn chịu tác động của hiệu ứng kích thước lượng tử dẫn đếnđộ rộng vùng cấm hiệu dụng thay đổi theo kích thước của chúng được gọi là chấm lượngtử (Quantum dots: Qds). Chấm lượng tử có tính chất quang đặc biệt, cường độ phát xạ củachúng phụ thuộc kích thước chấm lượng tử nên được nghiên cứu ứng dụng trong nhiềulĩnh vực như đánh dấu bảo mật, diot phát quang, quang tử... [1, 2] đặc biệt phát triển tronglĩnh vực đánh dấu sinh học [3]. Chấm lượng tử của bán dẫn II-VI đã thu hút sự chú ý đặc biệt, bởi chúng tương đốidễ tổng hợp chấm lượng tử có kích thước theo yêu cầu giam giữ lượng tử. Nano tinh thểCdS, CdTe, CdSe, ZnSe đã được tổng hợp bởi các phương pháp khác nhau như phân hủytiền chất, phương pháp phún xạ, lắng đọng điện hóa và mixen đảo. Trong quy trình chế tạo các nano tinh thể bán dẫn (Qds) có rất nhiều thông số ảnhhưởng đến tính chất quang của chúng trong đó thời gian phát triển tinh thể và nhiệt độLiên hệ: Nguyễn Văn Hùng, e-mail: hung.nv@hnue.edu.vn. 43 Khổng Cát Cương, Nguyễn Văn Hùng, Hoàng Văn Hùng, Nguyễn Đăng Phú, Đinh Hùng Mạnhphản ứng là hai thông số quan trọng nhất. Trong các nghiên cứu trước đây đều xác địnhrằng kích thước của các Qds chịu ảnh hưởng mạnh bởi hai thông số này và được quan sátthông qua phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang của chúng. Các nghiên cứu đều cho thấy vật liệu khối của CdSe có độ rộng vùng cấm khoảng1,75 eV khi giảm kích thước hạt tới 2,8 nm độ rộng vùng cấm đã tăng lên tới 2,49 eV.Sự thay đổi độ rộng vùng cấm dẫn đến phổ hấp thụ và phổ phát quang của chấm lượngtử CdSe dịch về bước sóng ngắn khi kích thước hạt thu nhỏ đến cấp độ nanomet. Cácnghiên cứu đã công bố đều xác định sự dịch đỉnh phổ do hiệu ứng kích thước lượng tử [4].Sự giảm kích thước hạt ảnh hưởng mạnh đến tính chất quang của nano tinh thể đã đượcnghiên cứu nhiều xong sự thay đổi cấu trúc tinh thể của các chấm lượng tử phụ thuộc cácđiều kiện chế tạo chưa được quan tâm thích đáng. Hình 1. Cấu trúc tinh thể lục giác wurtzite và lập phương zinc blende Phân tích các giản đồ nhiễu xạ tia X của các Qds CdSe chúng tôi nhận thấy các Qdsvới kích thước giảm đã có sự dịch chuyển cấu trúc từ mạng tinh thể lục giác Wurtzite (W)chuyển sang cấu trúc lập phương zinc blende (ZB). Trong cấu trúc lõi/vỏ (CdSe/ZnS), cấu trúc tinh thể của lớp vỏ ZnS cũng xảy ra sựthay đổi cấu trúc tương tự khi chiều dày của lớp vỏ ZnS tăng lên Cả hai loại cấu trúc này đều là cấu trúc xếp chặt các quả cầu, sự chuyển đổi từWurtzite đến zinc blende chỉ liên quan đến sự thay đổi tính đối xứng. Pha lập phương củaCdSe tồn tại trong các hạt nano với cấu trúc các lớp xếp chặt ABABAB. . . , khi có sự kếttụ và phát triển các hạt chúng chuyển sang pha lục giác bền vững hơn với cấu trúc các lớptheo mô hình ABCABC. . . (hình 1). Các kết quả nghiên cứu của chúng tôi cho thấy sự giảm kích thước chấm lượngtử CdSe đã ảnh hưởng mạnh mẽ không chỉ đến tính chất quang của chúng mà còn làmchuyển đổi cấu trúc trong hạt nano CdSe cũng như cấu trúc của lớp vỏ ZnS khi nghiêncứu chấm lượng tử lõi vỏ CdSe/ZnS. Quá trình chuyển đổi cấu trúc được giải thích do sựkém ổn định của mô hình zinc blende dẫn đến sự sắp xếp lại các nguyên tử sang cấu trúcWurtzite bền vững ở vật liệu khối.2. Nội dung nghiên cứu2.1. Thực nghiệm Để hình thành chấm lượng ...