Eksperyment optyczny. Optyka nanostruktur. Diagram Jabłońskiego. Typowe czasy. Sebastian Maćkowski

Podobne dokumenty
Repeta z wykładu nr 11. Detekcja światła. Fluorescencja. Eksperyment optyczny. Sebastian Maćkowski

Perydynina-chlorofil-białko. Optyka nanostruktur. Perydynina-chlorofil-białko. Rekonstytucja Chl a. Sebastian Maćkowski.

Rekapitulacja. Detekcja światła. Rekapitulacja. Rekapitulacja

Repeta z wykładu nr 8. Detekcja światła. Przypomnienie. Efekt fotoelektryczny

Cel wykładu. Detekcja światła. Cel wykładu. Światło. Sebastian Maćkowski

Repeta z wykładu nr 5. Detekcja światła. Plan na dzisiaj. Złącze p-n. złącze p-n

półprzewodniki Plan na dzisiaj Optyka nanostruktur Struktura krystaliczna Dygresja Sebastian Maćkowski

Wzrost pseudomorficzny. Optyka nanostruktur. Mody wzrostu. Ekscyton. Sebastian Maćkowski

Repeta z wykładu nr 6. Detekcja światła. Plan na dzisiaj. Metal-półprzewodnik

Repeta z wykładu nr 4. Detekcja światła. Dygresja. Plan na dzisiaj

Zakres wykładu. Detekcja światła. Zakres wykładu. Zakres wykładu

Kropki samorosnące. Optyka nanostruktur. Gęstość stanów. Kropki fluktuacje szerokości. Sebastian Maćkowski. InAs/GaAs QDs. Si/Ge QDs.

Równanie Shockley a. Potencjał wbudowany

Repeta z wykładu nr 10. Detekcja światła. Kondensator MOS. Plan na dzisiaj. fotopowielacz, część 2 MCP (detektor wielokanałowy) streak camera

Pomiary widm fotoluminescencji

Fotodetektory. Fotodetektor to przyrząd, który mierzy strumień fotonów bądź moc optyczną przetwarzając energię fotonów na inny użyteczny sygnał

Skończona studnia potencjału

Podstawy fizyki ciała stałego półprzewodniki domieszkowane

Teoria pasmowa. Anna Pietnoczka

Plan. Kropki kwantowe - część III spektroskopia pojedynczych kropek kwantowych. Kropki samorosnące. Kropki fluktuacje szerokości

Lasery półprzewodnikowe. przewodnikowe. Bernard Ziętek

Studnia kwantowa. Optyka nanostruktur. Studnia kwantowa. Gęstość stanów. Sebastian Maćkowski

Repeta z wykładu nr 3. Detekcja światła. Struktura krystaliczna. Plan na dzisiaj

Ekscyton w morzu dziur

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

II. WYBRANE LASERY. BERNARD ZIĘTEK IF UMK /~bezet

Wysokowydajne falowodowe źródło skorelowanych par fotonów

Optyka kwantowa wprowadzenie. Początki modelu fotonowego Detekcja pojedynczych fotonów Podstawowe zagadnienia optyki kwantowej

Struktura pasmowa ciał stałych

Optyczne elementy aktywne

Absorpcja związana z defektami kryształu

Przejścia promieniste

Wykład V Złącze P-N 1

Część 2. Przewodzenie silnych prądów i blokowanie wysokich napięć przy pomocy przyrządów półprzewodnikowych

Widmo promieniowania elektromagnetycznego Czułość oka człowieka

Ciała stałe. Literatura: Halliday, Resnick, Walker, t. 5, rozdz. 42 Orear, t. 2, rozdz. 28 Young, Friedman, rozdz

Nanostruktury i nanotechnologie

Urządzenia półprzewodnikowe

UNIWERSYTET SZCZECIŃSKI INSTYTUT FIZYKI ZAKŁAD FIZYKI CIAŁA STAŁEGO. Ćwiczenie laboratoryjne Nr.2. Elektroluminescencja

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Cząsteczki i światło. Jacek Waluk. Instytut Chemii Fizycznej PAN Kasprzaka 44/52, Warszawa

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

6. Emisja światła, diody LED i lasery polprzewodnikowe

UMO-2011/01/B/ST7/06234

STRUKTURA PASM ENERGETYCZNYCH

Przejścia optyczne w strukturach niskowymiarowych

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Wykład IV. Dioda elektroluminescencyjna Laser półprzewodnikowy

Liniowe i nieliniowe własciwości optyczne chromoforów organiczych. Summer 2012, W_12

JAK ZMIERZYĆ ILOŚĆ KWASÓW NUKLEINOWYCH PO IZOLACJI? JAK ZMIERZYĆ ILOŚĆ KWASÓW NUKLEINOWYCH PO IZOLACJI?

Optyka. Optyka geometryczna Optyka falowa (fizyczna) Interferencja i dyfrakcja Koherencja światła Optyka nieliniowa

Złącze p-n powstaje wtedy, gdy w krysztale półprzewodnika wytworzone zostaną dwa obszary o odmiennym typie przewodnictwa p i n. Nośniki większościowe

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Mikroskopia konfokalna: techniki obrazowania i komputerowa analiza danych.

Aleksandra Banaś Dagmara Zemła WPPT/OPTOMETRIA

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Półprzewodniki. złącza p n oraz m s

Wybrane elementy optoelektroniczne. 1. Dioda elektroluminiscencyjna LED 2. Fotodetektory 3. Transoptory 4. Wskaźniki optyczne 5.

Przewaga klasycznego spektrometru Ramana czyli siatkowego, dyspersyjnego nad przystawką ramanowską FT-Raman

Dioda półprzewodnikowa OPRACOWANIE: MGR INŻ. EWA LOREK

Co to jest kropka kwantowa? Kropki kwantowe - część I otrzymywanie. Co to jest ekscyton? Co to jest ekscyton? e πε. E = n. Sebastian Maćkowski

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Teoria pasmowa ciał stałych Zastosowanie półprzewodników

Wytwarzanie niskowymiarowych struktur półprzewodnikowych

WYZNACZANIE STAŁEJ PLANCKA Z POMIARU CHARAKTERYSTYK PRĄDOWO-NAPIĘCIOWYCH DIOD ELEKTROLUMINESCENCYJNYCH. Irena Jankowska-Sumara, Magdalena Krupska

!!!DEL są źródłami światła niespójnego.

Współczesna fizyka ciała stałego

Elementy optoelektroniczne. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W12) Kwalifikacyjnego kursu zawodowego.

Fluorescencyjna detekcja śladów cząstek jądrowych przy użyciu kryształów fluorku litu

Spektroskopia modulacyjna

Domieszki w półprzewodnikach

3. ZŁĄCZE p-n 3.1. BUDOWA ZŁĄCZA

Organiczne ogniwa słonecznes. Ogniwa półprzewodnikowe. p przewodnikowe zasada ania. Charakterystyki fotoogniwa

IA. Fotodioda. Cel ćwiczenia: Pomiar charakterystyk prądowo - napięciowych fotodiody.

Badanie dynamiki rekombinacji ekscytonów w zawiesinach półprzewodnikowych kropek kwantowych PbS

Wzmacniacze optyczne ZARYS PODSTAW

Przewodność elektryczna ciał stałych. Elektryczne własności ciał stałych Izolatory, metale i półprzewodniki

Charakteryzacja właściwości elektronowych i optycznych struktur AlGaN GaN Dagmara Pundyk

Własności optyczne półprzewodników

Wprowadzenie do ekscytonów

Wykład VIII. Detektory fotonowe

Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Politechniki Wrocławskiej STUDIA DZIENNE. Wpływ oświetlenia na półprzewodnik oraz na złącze p-n

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

3.4 Badanie charakterystyk tranzystora(e17)

Niezwykłe światło. ultrakrótkie impulsy laserowe. Piotr Fita

PRACOWNIA PODSTAW BIOFIZYKI

Liniowe i nieliniowe własciwości optyczne chromoforów organiczych. Summer 2012, W_11

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Złącza p-n, zastosowania. Własności złącza p-n Dioda LED Fotodioda Dioda laserowa Tranzystor MOSFET

Półprzewodniki samoistne. Struktura krystaliczna

1 Detektor CCD. aparaty cyfrowe kamery VIDEO spektroskopia mikrofotografia astrofizyka inne

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Elektryczne własności ciał stałych

EFEKT FOTOWOLTAICZNY OGNIWO SŁONECZNE

Rezonatory ze zwierciadłem Bragga

Zjawiska zachodzące w półprzewodnikach Przewodniki samoistne i niesamoistne

I. DIODA ELEKTROLUMINESCENCYJNA

Transkrypt:

Eksperyment optyczny Optyka nanostruktur Sebastian Maćkowski Instytut Fizyki Uniwersytet Mikołaja Kopernika Adres poczty elektronicznej: mackowski@fizyka.umk.pl Biuro: 365, telefon: 611-325 -) roztwór czy ciało stałe, temperatura -) pomiar dynamiczny lub stacjonarny -) zakres widmowy pobudzenia i emisji -) szybkość zachodzących procesów (czy ps czy s) -)... (rozdzielczość, natężenie światła, liczba obiektów) Diagram Jabłońskiego Typowe czasy absorpcja: 1-15 s relaksacja wibracyjna: 1-12 1-1 s czas życia w stanie S1: 1-1 1-7 s, konwersja wewnętrzna: 1-11 1-9 s konwersja międzysystemowa: 1-1 1-8 s czas życia stanu T1: 1-6 1s

Typowe widmo fluorescencji Organizmy fotosyntetyczne Aparat fotosyntetyczny Kompleks LH2 membrana model membrana obraz AFM X. Hu, T. Ritz, A. Damjanovic, F. Autenrieth, & K. Schulten (2) Q. Rev. Biophys. 35, 1 62 Scheuring S. & Sturgis J. (5) Science 9, 484-487

Struktura kompleksu LH2 Struktura kompleksu LH2 struktura LH2 została określona z dokładnością 2.5 Å przy pomocy krystalografii promieni X (X-ray crystallography) PIĘKNA SYMETRIA 27 molekuł bakteriochlorofilu tworzących dwa pierścienie B85 silne oddziaływanie, odległość między najbliższymi sąsiadami ~ 9 Å B słabe oddziaływanie, odległość między najbliższymi sąsiadami ~ 21 Å McDermott, G., Prince, S., Freer, A., Hawthornthwaite-Lawless, A., Papiz, M., Cogdell, R. & Isaacs, N. (1995) Nature 374, 517-521 Własności optyczne Absorpcja i przekaz energii absorpcja i emisja przekaz energii native LH2 Intensity absorpcja fluorescencja 5 7 9 szybki i wydajny przekaz energii między karotenoidami a chlorofilem fluorescencja związana z pierścieniem B85 T. Polivka and V. Sundström, (4) Chem. Rev. 14, 21 kaskadowy przekaz energii między antenami LH2, LH1 i centrum reakcji

Pierwsze wyniki Pierwsze wyniki mikroskopia konfokalna unieruchomionych kompleksów LH2 energia pobudzania nm rozdzielczość przestrzenna 7 nm rozdzielczość czasowa ~ ps gaszenie fluorescencji w jednym kroku efekt silnego oddziaływania między molekułami tworzącymi pierścień B85 1 5 9 12 Bopp, M. A., Jia, Y., Li, L., Cogdell, R. J. & Hochstrasser, R. M. (1997) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 94, 16 1635 brak informacji spektralnej Bopp, M. A., Jia, Y., Li, L., Cogdell, R. J. & Hochstrasser, R. M. (1997) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 94, 16 1635 Mikroskop konfokalny Mikroskop konfokalny T~5K

Droga wzbudzenia Droga detekcji Detektory Apertura numeryczna

Współczynnik załamania Fotodioda lawinowa fotodioda lawinowa avalanche photodiode jeden z najbardziej czułych fotodektorów Złącze p-n Złącze p-n złącze p-n powstaje przez połączenie dwóch półprzewodników, z których jeden jest domieszkowany na typ p a drugi na typ n domieszki mają charakter płytkich donorów i akceptorów co zapewnia podobną koncentrację elektronów i dziur przy granicy złącze p-n w warunkach zewnętrznej różnicy potencjałów kierunek zaporowy kierunek przewodzenia

Animacja Fotodioda p-n & p-i-n fotodioda p-n fotodioda p-i-n http://www.mtmi.vu.lt/pfk/funkc_dariniai/diod/ napięcie w kierunku zaporowym, około V prąd ciemny ~ 1 na czas odpowiedzi ~ ns (p-n), ~ 5 ns (p-i-n) brak wzmocnienia Fotodioda Generacja nośników fotodioda pn, polaryzacja w kierunku zaporowym region 3 pary elektron-dziura tworzone w trzech regionach pary elektron-dziura tworzone w obszarze neutralnym bez pola elektrycznego tylko dyfuzja rekombinacja spontaniczna zerowy wkład do mierzonego prądu w obwodzie

Generacja nośników Generacja nośników region 2 region 1 pary elektron-dziura tworzone w pobliżu obszaru zubożonego dzięki dyfuzji nośnik może trafić do obszaru zubożonego wkład do mierzonego prądu w obwodzie dają elektrony z obszaru p i dziury z obszaru n pary elektron-dziura tworzone w obszarze zubożonym silne pole elektryczne separacja nośników brak rekombinacji spontanicznej prąd w kierunku zaporowym Fotodiody p-i-n Jonizacja typowe diody p-i-n i ich charakterystyki jonizacja w przypadku gdy pole elektryczne przekroczy określoną wartość, większą niż przerwa energetyczna, nośniki uzyskują energię, która jest wystarczająco duża by wygenerować parę elektron - dziura

Typowe s APD Eksperymenty w T<K mikroskopia i spektroskopia konfokalna unieruchomionych kompleksów LH2 energia pobudzania nm pomiar zależności polaryzacyjnych: przy pobudzeniu pierścienia BChl o wyższej energii, emisja molekuł z pierścienia B85 nie zależy od polaryzacji pobudzania radykalna poprawa fotostabilności kompleksu LH2 w niskiej temperaturze Tietz, C., Cheklov, O., Drabenstedt, A., Schuster, J. & Wrachtrup, J. (1999) J. Phys. Chem. B 13, 6328 6333 Fluorescencja Widmo wzbudzenia T= K T=19 K & T=9.5 K emisja pojedynczych kompleksów LH2 widmo wzbudzenia B85 B z powodu silnego oddziaływania ekscytonowego brak jest wąskiej linii zero-fononowej van Oijen, A. M., Ketelaars, M., Kohler, J., Aartsma, T. J. & Schmidt, J. (1999). Science 285, 2.

Symetria kompleksu LH2 Dynamika konformacyjna rozszczepienie poziomów ekscytonowych pojedynczy kompleks LH2, pasmo B nieporządek nieporządek +asymetria van Oijen, A. M., Ketelaars, M., Kohler, J., Aartsma, T. J. & Schmidt, J. (1999) Science 285, 2. Hofmann, C., Aartsma, T.J. Michel, H., and Kohler, J. (3) Proc. Natl. Acad. Sci., 15534 15538 hierarchiczny model krajobrazu energetycznego białka tworzącego kompleks LH2 Dynamika konformacyjna Perydynina-chlorofil-białko struktura (krystalografia promieni X) Amphidinium carterae Rutkauskas, et al., Biophys. J. 88, 422 (5) E. Hofmann et al., Science (1996)

Perydynina-chlorofil-białko PCP własności optyczne monomer PCP τ F =12 ps 1.7 nm Intensity (arb. units) 1,4 excitation 1,2 λ DET =67 nm 1,,8,6,4,2, absorption (Chl a) 2 -N-PCP 5 7 fluorescence λ EXC =514 nm przekaz energii Chl:Per - 1:4 dominująca absorpcja - karotenoidy słabe oddziaływanie między Chl wydajność kwantowa ~% długość fali emisji ~ 673 nm absorpcja w zakresie -55 nm D. Zigmantas et al. PNAS (2) Rekonstytucja Chl a Metoda badawcza 1 Chl a 4 Per mikroskop konfokalny LSM 41 obiektyw immersyjny NA = 1.3 rozmiar obrazu µm x µm moc lasera I = 32 µw plamka lasera ~ nm energia lasera 532 nm, 632 nm Chl a-n-pcp (Chl a) 2 -N-PCP Intensity absorption fluorescence Chl a-n-pcp 5 7 T. Brotosudarmo, SM, et al., FEBS Lett. 5 (6) 5257 S. Wörmke, SM, et al., APL 9 (7) 19391

Podstawowe własności Oddziaływanie Chl-Chl Chl a-n-pcp 9 7 5 1 Spectrum number 9 7 5 dwustopniowy zanik intensywności świecenia słabe oddziaływanie niezależny pomiar fluorescencji z obu Chl w monomerze 9 7 5 6 6 6 7 7 S. Wörmke, SM, et al., BBA - Bioenergetics 1767 (7) 956 Oddziaływanie Chl-Chl Oddziaływanie Chl-Chl Chls in a monomer are rarely isoenergetic 25 complex 2 complex 1 7 6 6 7 7 6 6 6 7 Chl a-n-pcp 5 15 25-1 7 Energy splitting [cm ] 15 Occurence 1 6 Chl a-n-pcp 25 two emitting Chl a one emitting Chl a 1 Chls contribute equally to the fluorescence intensity 15 1 5 5 15 5 5 Chl a-n-pcp P=1µW 9 Occurence 1,,5 1, 1,5 2, 2,5 Chl a/chl a Intensity ratio

Oddziaływanie Chl-Chl 2 11 47 51 129 159 1 1 native PCP 5 (Chla)a) a)-n-pcp -N-PCP (Chl -N-PCP (Chl 2 22 λ=532nm =532nm λλ =532nm P=3 µµw P=1 W P=1 µw (a) (b) (c) Occurence Occurence Occurence 1 Dynamika białka 1 1 6 6 6 6 7 7 7 Spectrum # 1 1 1 5 1 655 655 15 665 665 685 685 695 695 695 wzrost szerokości rozkładu energii fluorescencji PCP native complexes that contain six Chl a molecules feature multiple intensity steps S. Wörmke, SM, et al., APL 9 (7) 19391 Układy z innymi chlorofilami 1 Chl b 675 675 675 Wavelength Wavelength (nm) [nm] Occurence Pojedyncze kompleksy 4 Per Chl b-n-pcp T H.P. Brotosudarmo, SM, et al., Photosynth. Res. 95 (8) 247 S. Wörmke, SM, et al., J. Fluor. 18 (8) 611