WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Чубич Дмитрий Анатольевич ОПТИЧЕСКИЕ И СТРУКТУРНЫЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИХ НАНОСИСТЕМ 01.04.21 – лазерная физика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва – 2009

Работа выполнена на кафедре квантовой радиофизики Московского физикотехнического института (государственного университета)

Научный консультант: доктор физико-математических наук, профессор Витухновский Алексей Григорьевич Научные консультанты: доктор физико-математических наук Федорович Ростислав Дмитриевич доктор физико-математических наук Лебедев Владимир Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Горелик Владимир Семенович доктор физико-математических наук, профессор Тодуа Павел Андреевич

Ведущая организация: Физический факультет Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова

Защита диссертации состоится « 30 » октября 2009 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.156.07 при Московском физикотехническом институте (государственном университете) по адресу: 141700, Московская обл., г. Долгопрудный, Институтский пер., 9

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского физикотехнического института (государственного университета).

Автореферат разослан « 30 » сентября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.156.07 кандидат физ. мат. наук С.М. Коршунов 2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы:

В последнее время наблюдается повышенный интерес исследователей к металлоорганическим материалам, которые могли бы послужить альтернативой, а впоследствии и заменой современным полупроводникам в целом ряде практических приложений. Интерес к органическим материалам двоякий: с одной стороны имеется широкое поле практических применений, с другой – ряд фундаментальных проблем (перенос энергии в иерархических системах, квантовые эффекты в металлических нанокластерах и в органических матрицах, плазмон-экситонное взаимодействие и другие). Ярким примером этому служит возникновение молекулярной электроники – направления, основанного на попытках использовать отдельные молекулы (главным образом органические) в качестве элементарной базы микроэлектронных устройств, в частности, органических транзисторов. Другим родственным этому направлению, является поиск и исследование органических веществ, которые могли бы послужить материалом для создания эффективных электролюминесцирующих устройств (органических светоизлучающих диодов, планарных структур, катодолюминесцентных микроламп), а также фотовольтаических ячеек (солнечных элементов).

В подавляющем большинстве работ электролюминесценция (ЭЛ) органических веществ исследуется в схеме органического светоизлучающего диода (OLED), в то время как исследованию электролюминесценции органических веществ в планарных ячейках щелевого типа посвящены единичные работы. На данный момент есть только несколько работ группы Heeger’а, посвященных изучению ЭЛ в таких планарных структурах, да и то в этих работах использовалась органика в электролите.

В то же время исследования островковых металлических пленок проводятся уже на протяжении длительного времени. Однако основное внимание исследователей было обращено на характер и механизмы проводимости таких систем. В последние несколько лет островковые металлические пленки привлекают большое внимание в связи с их уникальными нелинейно-оптическими свойствами. Небольшое количество работ посвящено изучению эмиссии фотонов из островковых металлических пленок. И хотя явление ЭЛ островковых металлических пленок, покрытых органикой, на момент начала диссертационного исследования было известно, отсутствуют систематические исследования этого явления в подобных структурах.

Выбор в качестве объекта для исследования металлоорганических наносистем связан с развиваемой в Отделе люминесценции концепцией использования гибридных структур для создания эффективных светоизлучающих устройств, и находится в русле фундаментальных исследований по изучению плазмонэкситонных эффектов на границе металл-неупорядоченная органическая среда Цели работы:

Разработка методики создания планарных нанокомпозитов состава: островковая пленка Au-молекулы органического вещества.

По результатам спектральных исследований выяснение вклада различных механизмов в свечение металлоорганических нанокомпозитных систем.

Разработка методов получения коллоидных растворов двухкомпонентных и трехкомпонентных гибридных наночастиц (металлическое ядро, покрытое слоем цианинового красителя).

Определение формы и размеров двухкомпонентных наночастиц, состоящих из металлического ядра, покрытого слоем цианинового красителя, методами просвечивающей электронной, атомно-силовой микроскопии, динамического светорассеяния света, адсорбционной спектроскопии, и выявление влияния природы металлического ядра и геометрических параметров на спектры оптического поглощения гидрозолей таких наносистем.

Создание фотолюминесцирующих наносистем ядро/оболочка, в которых плазмон металлического ядра связан с экситоном J-агрегата оболочки.

Изучение эмиссионных характеристик диспергированных углеродных нанотрубок.

Объекты исследования:

Нанокомпозит состава: планарная островковая пленка золота+органические молекулы. В качестве органической компоненты нанокомпозита использовались: Alq3, -дикетонаты редкоземельных элементов:

Eu(DBM)3bath, Eu(DBM)3phen, Eu(DBM)3*2H2O, Tb(thd)3.

Гидрозоли наночастиц Au, Ag, Cu. Двухкомпонентные гибридные наночастицы, состоящие из металлического ядра (Au, Ag, Cu), покрытого слоем тиамонометинцианинового красителя (TC, триэтиламмонийная соль 3,3-ди(сульфопропил)-5,5-дихлор-тиацианина, триэтиламмонийная соль 3,3-ди(сульфопропил)-4,5-[1-метилиндоло(3,2)]-тиатиазолоцианина, триэтиламмонийная соль 3,3-ди(-сульфопропил)-5-хлор-4,5-(тиено- 3,2)-тиацианина.

Гидрозоли трехкомпонентных наночастиц, в которых J-агрегат красителя отделен от металлического ядра мономолекулярным слоем диэлектрика.

Диспергированные углеродные нанотрубки.

Предмет исследования:

Оптические спектры поглощения, электролюминесценции, катодолюминесценции, фотолюминесценции, перенос энергии, электропроводность, морфология пленок, локальные вольт-амперные характеристики.

Методы исследования:

Абсорбционная спектроскопия, в том числе и со временным разрешением, просвечивающая электронная микроскопия (ТЕМ), электронная дифрактометрия, корелляционная спектроскопия рассеянного света, растровая электронная микроскопия, атомно-силовая микроскопия (AFM), сканирующая туннельная микроскопия (СТМ), спектроскопия фото-, электро- и катодолюминесценции.

Научная новизна полученных результатов:

Впервые созданы планарные светоизлучающие устройства на основе островковых пленок золота и комплексов редкоземельных металлов Eu и Tb, а также установлен доминирующий механизм электролюминесценции органической компоненты нанокомпозита.

Впервые обнаружено упорядочивание молекул Eu(DBM)3bath на реконструированной поверхности золота.

Впервые синтезированы коллоидные наночастицы меди, покрытые слоем цианинового красителя в J-агрегатном состоянии, определена форма и размеры таких частиц.

Созданы новые трехкомпонентные композитные наночастицы, состоящие из металлического ядра, покрытого двумя концентрическими оболочками органического вещества: мономолекулярным слоем диэлектрика TMA, поверх которого располагалась оболочка красителя в J-агрегатном состоянии.

Установлено, что диспергирование углеродных нанотрубок приводит к изменению спектра их свечения. Полученный эффект охарактеризован с точки зрения модели горячих электронов.

Защищаемые положения:

Методика создания планарных светоизлучающих устройств на основе островковых пленок золота и комплексов редкоземельных металлов Eu и Tb.

Механизм возбуждения электролюминесценции органической компоненты планарного нанокомпозита, заключающийся в ударной ионизации лигандов молекулы горячими электронами с последующим переносом энергии возбуждения на ион редкоземельного металла, сопровождающийся ионной фосфоресценцией.

Эффект упорядочивания молекул Eu(DBM)3bath в димеры вдоль направления Au 110 на реконструированной поверхности золота Эффект изменения спектра электролюминесценции нанотрубок при пропускании избыточного тока через планарную ячейку щелевого типа, обусловленный диспергированием углеродных нанотрубок.

Экспериментальные данные о форме и размерах двухкомпонентных (Au/TC, Ag/TC, Cu/TC) и трехкомпонентных (Au/TMA/TC, Au/TMA/Thiats, Au/TMA/6824) наночастиц и влиянии этих параметров на экстинцию и фотолюминесценцию их гидрозолей.

Практическая значимость работы:

На основе предложенных новых планарных нанокомпозитов могут быть созданы электролюминесцентные источники света субмикронных размеров с управляемым спектром излучения. Управление видом спектра нанокомпозита осуществляется, используя вклад металлических наноостровков и органического вещества.

Планарные нанокомпозиты на основе -дикетонатов РЗЭ могут служить источниками света субмикронных размеров с узким спектром излучения в красной (612 нм, Eu(DBM)3bath и Eu(DBM) 3phen) и зеленой (543 нм, Tb(thd) 3) областях спектра.

Диссертационная работа находится в русле превращения МФТИ в научноисследовательский университет. Это подтверждается тем, что исследования катодолюминесценции пленок -дикетонатов Eu проводились с использованием оригинальных автоэмиссионных катодов, разработанных на кафедре вакуумной электроники МФТИ (проф. Шешин Е.П.), а морфологические исследования проводились на базе кафедры квантовой радиофизики (зав. кафедрой Лебедев В.С.) в центре «Нанотехнологии» МФТИ. Таким образом, на практике обеспечивалась интеграция образовательной деятельности и научных исследований.

Работы по исследованию нанокомпозитов на основе островковых металлических пленок проводились совместно с Отделом физической электроники Института физики НАН Украины (зав. Отделом академик Наумовец А.Г.) в рамках двухсторонней российско-украинской программы «Нанофизика и наноэлектроника». Таким образом, диссертационная работа в немалой мере способствовала координации совместных усилий по разработке новых источников света и нелинейно-оптических сред.

Среды с гигантской нелинейной восприимчивостью (3) могут быть созданы на основе островковых пленок Au, покрытых органическими молекулами.

Трехкомпонентные гибридные наночастицы ядро/оболочка могут быть использованы в активном слое OLED (органический светоизлучательный диод) и органического светоизлучающего транзистора в качестве эффективных светоизлучателей. Такие металлоорганические наночастицы могут послужить основой для создания нанолазера.

Личный вклад автора:

Настоящая работа выполнена в Отделе люминесценции Отделения оптики Физического института им. П.Н. Лебедева РАН в тесном сотрудничестве с лабораторией кафедры квантовой радиофизики в центре «Нанотехнологии» МФТИ и Отделом физической электроники Института физики НАН Украины, и проводилась в соответствии с планом научно-исследовательских работ отдела, поддержана грантами РФФИ (№08-02-90464-Укр_а, № 09-02-00546-а и др).

Все включенные в диссертацию данные получены лично автором или при его непосредственном участии. Постановка задачи проводилась совместно с научным руководителем А.Г. Витухновским. Автором осуществлено обоснование выбора метода исследования, подобраны химические вещества в качестве органической компоненты нанокомпозита, проведены экспериментальные исследования, а также анализ и интерпретация полученных результатов. Сформулированы основные выводы и научные положения, выносимые на защиту.

Электронно-микроскопические исследования проведены совместно с С.С. Абрамчуком. СТМ-исследования проведены совместно с А.А. Марченко.

Подбор термоэмиссионных и автоэмиссионных катодов осуществлен совместно с М. Лешуковым. Обсуждение и интерпретация полученных результатов происходили совместно с соавторами печатных работ, где диссертанту принадлежит существенная роль.

Апробация работы:

Основные результаты диссертационной работы обсуждены в рамках международных и 6 всероссийских конференций:

VII Всероссийская молодёжная конференция по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике (Санкт-петербург, 2005);

International meeting «Clusters and Nanostructured Materials» (Ужгород, Украина, 2006);

5, 7 Международный рос.-укр. семинар “Нанофизика и наноэлектроника” (Санкт-Петербург, 2004, 2006);

4, 6, 8 Международный рос.-укр. семинар “Нанофизика и наноэлектроника” (Киев, 2003, 2005, 2007);

Демидовские чтения - российский научный форум с международным участием «Фундаментальные и прикладные проблемы современной физики» (Москва, 2006) XLVII, XLVIII, XLIX научных конференциях МФТИ «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук (Москва-Долгопрудный, 2004, 2005, 2006);

7 Международная конференция «Электронные процессы в органических материалах» ICEPOM-07 (Львов, 2008);

II Международная конференция «Наноразмерные системы» (NANSYS2007, Киев, 2007);

III Международная конференция молодых учёных и специалистов «Оптика-2003» (Санкт-Петербург, 2003);

II Национальная конференция по прикладной физике (CNFA 2006, Ясы, Румыния, 2006);

II Международная конференция по физике лазерных кристаллов (ХарьковЛион-Ялта, 2005).

Международной конференции «Комбинационное рассеяние – 80 лет исследований» ( КР-80, Москвы, 2008) 3 Всероссийская молодежная школа-семинар с международным участием «Инновационные аспекты фундаментальных исследований по актуальным проблемам физики» (ФИАН, Троицк-Москва, 2009) Публикации:

Результаты работы опубликованы в 6 статьях в реферируемых российских и зарубежных журналах, а также в тезисах 18 докладов на всероссийских и международных конференциях.

Объем и структура диссертации:

Диссертация изложена на 170 страницах, в число которых не включено оглавление, и содержит рисунков - 100, таблиц - 7, литературных ссылок - 180.

Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, включающей 4 главы, заключения, выводов, списка литературы и благодарностей.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»