Ученые МФТИ разработали новый высокочувствительный метод отслеживания обмена лигандами в тонких пленках коллоидных квантовых точек селенида ртути — перспективном материале для производства фотодетекторов. Лигандами называются частицы, связанные с другими с помощью донорно-акцепторного взаимодействия.
Коллоидные квантовые точки представляют собой полупроводниковые наночастицы размером от нескольких сотен до нескольких тысяч атомов. Они покрыты слоем органических молекул, обычно описываемых как лиганды.
Благодаря своим физическим и оптическим свойствам квантовые точки находятся в центре внимания современных исследований. Они активно применяются в разработке фоточувствительных и фотоэмиссионных устройств, а также биомаркеров. Успешное применение коллоидных квантовых точек, излучающих в видимом диапазоне, в дисплеях, инициировало изучение их для применения в инфракрасной части спектрального диапазона. На рынок уже выпустили новые SWIR-камеры на основе коллоидных квантовых точек сульфида свинца. Также большой интерес представляют и новые биомаркеры, поскольку коллоидные квантовые точки имеют эмиссию, намного превышающую показатели классических органических красителей.
В то же время влияние и эффективность обмена лигандами на оптические свойства тонких пленок мало изучены. Ученые МФТИ, изучая процесс обмена, разработали новый подход его отслеживания с помощью ИК-Фурье спектроскопии. До настоящего момента большинство исследований пленок были сосредоточены на фотоэлектрических свойствах. Новый разработанный метод позволяет сравнить эффективность обмена лигандов, а также скорость реакции обмена. Самая высокая доля замещения олеата — 95 % — наблюдалась у 1,4-димеркаптобензола.
«Наша работа посвящена исследованию замещения лигандов в тонких слоях коллоидных квантовых точек селенида ртути HgSe. В ходе исследований нам удалось довести до совершенства один перспективный метод отслеживания замены. Зачем это нужно? Это позволяет создать современные приборы с более совершенными свойствами. Например, фотосенсоров для ИК диапазона. Благодаря нашему способу мы можем отслеживать, насколько хорошо заместились лиганды в пленках создаваемых наноматериалов», — рассказал об исследовании Иван Шуклов, старший научный сотрудник центра испытания функциональных материалов Института квантовых технологий МФТИ.
По словам ученого, для создания идеальной фоточувствительной пленки нужно пройти две стадии. В первой необходимо получить квантовые точки изначально в виде коллоидного раствора с хорошим распределением. Для этого необходимы длинноцепочечные лиганды. Вторая стадия — сделать из них проводящую пленку. При этом начальные длинноцепочечные лиганды меняются на короткоцепочечные.
«Наша разработка позволяет отслеживать скорости замены. Потому что в большинстве работ все сконцентрированы на простом качественном результате — получить тонкую пленку коллоидных квантовых точек. Но необходимо достичь и высоких качественных показателей. Установить, проводит или не проводит данная пленка, чувствует или не чувствует свет. А мы можем с помощью нашей модели на приставке с очень высокой чувствительностью отслеживать скорость процесса замены и установить, насколько эффективно заменились лиганды. Этот сложный процесс и определяет во многом будущие свойства нанопленки. Например, часто используются замены на галогениды. При этом выяснилось, что процент замены первоначальных лигандов очень низкий. И в итоге очень много остается исходных — длинноцепочечных. Это приводит к сниженной чувствительности и проводимости», — подчеркнул Иван Шуклов.
Эффективность устройств зависит от состава оболочек нанокристаллов в тонких пленках. Для получения лучших показателей ученые разработали и протестировали новый чувствительный метод. Несколько неорганических и органических лигандов были протестированы при их обмене в оболочке в спиртах и ацетонитриле. Разработанный метод и полученные результаты являются важным шагом для получения тонких пленок ККТ HgSe с заданным составом и устройств на их основе. Например, было установлено, что многие системы лиганд-растворитель не вызывают конверсии более 50 % даже через 30 минут.
Результаты работы опубликованы в журнале Nanoscience and Technology.
Фото: Kenny Chou, bu.eduЭто новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.