Nanotruktury druty i kroki kwantowe Struktury nikowymiarowe Pełen Hamiltonian w nazym wzechświecie ma 3 wymiary rzetrzenne,,,, 2 Dla 2 mamy:,,,, Wzdłuż kierunków i mamy ruch wobodny:,, ex ex Można okazać (rzy tablicy!), że otatecznie energie włane otencjału ą w otaci: 2 2 2 131 2013 02 27 2 Struktury nikowymiarowwe,,,, ex ex,, ex, 2 2 2 Komentarz o aśmie rzewodnictwa W zależności od ółrzewodnika dno ama rzewodnictwa może być zbudowane z różnych dolin ta ama hetereotruktura może być tudnią w jednym aśmie (n. Γ) i barierą w innym (n. ) 2013 02 27 3 2013 02 27 4 1
Komentarz o aśmie walencyjnym Obecność tudni zmieni a ymetrię kryztału (n. tudnia kwantowa na kierunku [001] odowiada ciśnieniu jednooiowemu rzyłożonemu rotoadle do wartwy). Trzeba rozwiązać równanie (Chemla 1983): 2 2 2 2 3 2 1 2 Komentarz o aśmie walencyjnym Obecność tudni zmieni a ymetrię kryztału (n. tudnia kwantowa na kierunku [001] odowiada ciśnieniu jednooiowemu rzyłożonemu rotoadle do wartwy). Trzeba rozwiązać równanie (Chemla 1983): Effect of biaxial train: decreae of the degeneracy of the valence band and change of the effective mae in the Ga x In 1 x A / Ga x In 1 x A y yp 1 y material ytem. 2 2 S.L. Chuang, Phy. Rev. B 43,. 9649 (1991). 9, 10 2013 02 27 5 2013 02 27 6 Potencjał harmoniczny Kroki kwantowe 2 1 2 A e 2 1 A e 0 2 10 1 2 1 2 1 2 wielomiany Hermite a / 2! ex 2 2013 02 27 7 2013 02 27 8 2
Struktury nikowymiarowwe Studnie 2D i 3D,,,, ex ex,, ex, 2 2 2 Drut rotokątny rozwiązania tyu:, 2 Czątki A i B mają tę amą energię! htt://wn.com/2d_and_3d_tanding_wave 2013 02 27 9 2013 02 27 10 Studnie 2D i 3D Studnie 2D i 3D Drut rotokątny rozwiązania tyu:, 2 Studnia cylindryczna (o niekończonych ścianach) 2 1 1,, 9 2 htt://www.almaden.ibm.com/vi/tm/image/tm14.jg głębokość otencjału zależy od, ex 2 1 2 Co daje rozwiązania w otaci f. Bela 0 2 /, ex, 2 ~ 2 co 1 2 1 4 4 2 2 Miejca zerowe f. Beela ą w, 2013 02 27 11 2013 02 27 12 3
Studnie 2D i 3D Studnia Cylindryczna Studnie 2D i 3D Studnia Cylindryczna low temerature canning tunneling microcoe (STM) htt://www.almaden.ibm.com/vi/tm/corral.html#tm16 low temerature canning tunneling microcoe (STM) htt://www.almaden.ibm.com/vi/tm/corral.html#tm16 2013 02 27 13 2013 02 27 14 Studnie 2D i 3D Studnie 2D i 3D Marc Baldo MIT OenCoureWare Publication May 2011 htt://www.almaden.ibm.com/vi/tm/image/tm17.jg 2013 02 27 15 2013 02 27 16 4
Druty kwantowe Druty kwantowe 2013 02 27 17 2013 02 27 18 Druty kwantowe Druty kwantowe www.ece.odu.edu/g_eminar.htm htt://www.mi halle.mg.de/~mbe/ Photo by Peidong Yang/UC Berkeley, courtey of Science Microelectronic Journal 39, 2008, 369 374 2013 02 27 19 2013 02 27 20 5
Druty kwantowe Druty kwantowe Miniband roertie of uerlattice quantum dot array fabricated by the edge defined nanowire Miniband roertie of uerlattice quantum dot array fabricated by the edge defined nanowire Microelectronic Journal 39, 2008, 369 374 2013 02 27 21 Microelectronic Journal 39, 2008, 369 374 2013 02 27 22 Druty kwantowe Druty kwantowe Marc Baldo MIT OenCoureWare Publication May 2011 Marc Baldo MIT OenCoureWare Publication May 2011 2013 02 27 23 2013 02 27 24 6
Kroki kwantowe Potencjał harmoniczny 2 1 2 1 2 Quantum Dot 0 cg e 0 1 X htt://hoebe.ifj.edu.l/wyklady/mk.df 2013 02 27 25 2013 02 27 26 Potencjał harmoniczny EPITAXIAL LAYER (e.g. InA) Energy GaA InA 2 12 1 InGaA QD GaA 50 nm SUBSTRATE (GaA) Iland formation Time GaA 20 nm InGaA QD InGaA 0.25µm x 0.25µm TEM Defect free emiconductor cluter on a 2D quantum well wetting layer 2013 02 27 27 5 nm GaA TEM J.Jaińki AFM IMS-NRC 2013 02 27 28 7
Kroki kwantowe InGaA/GaA Double barrier heterotructure S.Raymond et al Phy. Rev. B 54; 11548 (1995) 2013 02 27 29 2013 02 27 30 1 2 w kierunku i taka ama w 1 2 1 Degeneracja? 2013 02 27 31 2013 02 27 32 8
Sektrokoia kroek kwantowych 1 2 w kierunku i taka ama w amle 1 2 7mm 1 Degeneracja? 1 laer beam, 0 (0,0) 1 (1,0) (0,1) 2 (2,0) (1,1) (0,2) 3 (3,0) (2,1) (1,2) (0,3) 2013 02 27 33 2013 02 27 34 Sektrokoia kroek kwantowych Sektrokoia kroek kwantowych c575 T=300K Minimum te~50 nm Maximum te ~1 m T=4.2K Minimum te~5 nm Maximum te ~100 nm 0.2-1 m PL Intenity (arb. unit) cza E=7meV 3,380 3,385 3,390 3,395 Energy (ev) time 100 X 16 A.Babinki, et al. Phyica E 26 (2005) 190 300 m 2013 02 27 35 FUW Hoża 69 µpl- Katarzyna Surowiecka et al. 2013 02 27 36 9
CB Harmonic ocillator model:,, d, hell CB Harmonic ocillator model:,, d, hell Allowed interband tranition Allowed interband tranition VB PL Intenity d f Wetting layer 0.1mW 1mW 0.5 mw 5mW 10mW GaA ubtrate VB PL Intenity d f Wetting layer 0.1mW 1mW 0.5 mw 5mW 10mW GaA ubtrate 1200 1250 1300 1350 1400 1450 1500 1550 1200 1250 1300 1350 1400 1450 1500 1550 Energy (mev) Energy (mev) 2013 02 27 37 2013 02 27 38 Szkic dowodu Funkcja Blocha nośnika w kryztale:: Ψ,,, CB Dla elektronu: Ψ,,, Dla dziury: Ψ,,, /,/, /,/, Diolowe rzejścia otyczne międzyamowe: VB PL Intenity Zależność od mocy obudzania widm fotoluminecencji otrzymanych w temeraturze blikiej temeratury ciekłego helu (ok. 5 K) dla licznego (wielomilionowego) zbioru kroek kwantowych InA/GaA. Ψ Ψ,,,,, 2013 02 27 39 2013 02 27 40 10
PL Intenity (normalized) 6 4 2 #2154 T = 4.2K B = 0T WL 0 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 d Energy [ev] f Power The electronic tructure of a trained InA (110) yramidal quantum dot embedded within GaA. The train modified band offet are hown above the atomic tructure. They exhibit a well for both heavy hole and electron. Iourface lot of the four highet hole tate and four lowet electron tate, a obtained from eudootential calculation, aear on the left and right. CBM mean conduction band minimum and VBM valence band minimum Adam Babińki 2013 02 27 41 MRS Bulletin Vol. 23 No. 2,. 35 (1998). 2013 02 27 42 d+ d 0 d- Energy [ev] + - n, m = 0,1,2... L = n m (elektron) -3-2 -1 0 1 2 3 Angular Momentum -L Widmo fotoodbicia z temeratury okojowej dla truktury z krokami kwantowymi In A/GaA [W. Rudno Rudzińki, et al. Solid State Commun. 135, 232 (2005)] Zależność od mocy obudzania widm fotoluminecencji otrzymanych w temeraturze blikiej temeratury ciekłego helu (ok. 5 K) dla licznego (wielomilionowego) zbioru kroek kwantowych InA/GaA. Adam Babińki 2013 02 27 43 2013 02 27 44 11
Potencjał harmoniczny 3D 2 1 2 1 2 w kierunku, i Ważny rzykład czątka w olu magnetycznym. Czętość cyklotronowa 3 2 Degeneracja? 1 2 2 htt://www2.warwick.ac.uk/fac/ci/hyic/current/otgraduate/reg/mag/ex5/mag/ ocylacje Shubnikova de Haaa,, 0 (0,0,0) 1 (1,0,0) (0,1,0) (0,0,1) 2 (2,0,0) (0,2,0) (0,0,2) (1,1,0) (1,0,1) (0,1,1) 3 3x(3,0,0) 1x(1,1,1) 6x(2,0,1) 2013 02 27 45 2013 02 27 46 Przerwa energetyczna w ferycznych krokach kwantowych [Bru, L. E. J. Phy. Chem. 1986, 90, 2555, Bru. L. E. J. Chem. Phy. 1984, 80, 4403] Przerwa energetyczna w ferycznych krokach kwantowych [Bru, L. E. J. Phy. Chem. 1986, 90, 2555, Bru. L. E. J. Chem. Phy. 1984, 80, 4403] 2 1 1 1.8 4 średnica Lokalizacja kwantowa (quantum localization): mniejza czątka więcej wektorów otrzebnych do oiu tanu nośnika. Czyli czątka w tudni! ZWIĘKSZA energie rzerwy 2 2 Część kulombowka oddz. z uwzględnieniem olaryzacji (fera) OBNIŻA energię. Potencjał obliczony dla funkcji w otaci Ψ ( 1) : Ψ in htt://www.uex.ac.uk/uer/kaf18/qdsectra.jg 2013 02 27 47 2013 02 27 48 12
Przerwa energetyczna w ferycznych krokach kwantowych [Bru, L. E. J. Phy. Chem. 1986, 90, 2555, Bru. L. E. J. Chem. Phy. 1984, 80, 4403] Przerwa energetyczna w ferycznych krokach kwantowych [Bru, L. E. J. Phy. Chem. 1986, 90, 2555, Bru. L. E. J. Chem. Phy. 1984, 80, 4403] 2 1 1 1.8 4 średnica Lokalizacja kwantowa (quantum localization): mniejza czątka więcej wektorów otrzebnych do oiu tanu nośnika. Czyli czątka w tudni! ZWIĘKSZA energie rzerwy 2 2 Część kulombowka oddz. z uwzględnieniem olaryzacji (fera) OBNIŻA energię. Potencjał obliczony dla funkcji w otaci Ψ ( 1) : Ψ in Przerwa energetyczna CdSe htt://www.uex.ac.uk/uer/kaf18/qdsectra.jg 2013 02 27 49 2013 02 27 50 htt://www.medicine.tcd.ie/molecular medicine/gallery/icture/cientific icture.h Synthei Technique Vaor hae (molecular beam, flame ynthei etc Solution hae ynthei Aqueou Solution Nonaqueou Solution Tyically the raid reduction of organmetallic recuor in hot organic with urfactant Semiconductor Nanoarticle II VI: CdS, CdSe, PbS, ZnS III V: InP, InA MO: TiO 2, ZnO, Fe 2 O 3, PbO, Y 2 O 3 2013 02 27 51 2013 02 27 52 13
htt://www.medicine.tcd.ie/molecular medicine/gallery/icture/cientific icture.h htt://www.microcoyu.com/article/fluorecence/index.html htt://www.evidenttech.com/) htt://www.evidenttech.com/) 2013 02 27 53 2013 02 27 54 In vivo molecular and cellular imaging with quantum dot Xiaohu Gao Current Oinion in Biotechnology 2005, 16:63 72 Luminecent quantum dot for multilexed biological detection and imaging W. Chan et al. Current Oinion in Biotechnology 2002, 13:40 46 2013 02 27 55 2013 02 27 56 14
Synthei of multi hell nanocrytal by a ingle te coating roce, Nanotechnology 2006 In vivo molecular and cellular imaging with quantum dot Xiaohu Gao Current Oinion in Biotechnology 2005, 16:63 72 Quantum Yield = wydajność kwantowa Wydajność kwantową fluorecencji definiuje ię jako tounek liczby wyemitowanych fotonów do liczby fotonów romieniowania wzbudzającego, ochłoniętych rzez ubtancję w tym amym czaie i tej amej objętości. 2013 02 27 57 2013 02 27 58 Current Oinion in Chemical Biology 2006, 10:423 429 Nanocale controlled elf aembled monolayer and quantum dot 2013 02 27 59 In vivo molecular and cellular imaging with quantum dot 2013 02 27 Xiaohu Gao Current Oinion in Biotechnology 2005, 16:63 72 60 15
An Ancient Model Organim to Tet In Vivo Novel Functional Nanocrytal By Claudia Tortiglione "Biomedical Engineering From Theory to Alication", Edited by Reza Fazel Rezai, Figure 1. Anatomical tructure of Hydra vulgari Figure 18. Labelling Hydra with nanocrytal 2013 02 27 61 htt://www.intechoen.com/book/biomedical engineering from theory to alication/an ancientmodel organim to tet in vivo novel functional nanocrytal Jutin Galloway 2013 02 27 62 w biol med [1] Kawaaki et al. Nanotechnology, nanomedicine, and the develoment of new, effective theraie for cancer. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine. 2005; 1:101, 109 [2] Aliviato, et al. Quantum dot a cellular robe. Annu. Rev. Biomed. Eng. 2005; 7:55 76. [3] Chan et al. Luminecent quantum dot for multilexed biological detection and imaging. Current oinion in biotechnology. 2002; 13:40 46 [4] Michalet et al. Quantum dot for live cell, in vivo imaging, and diagnotic. Science. 2005; 307(5709): 538 544. [5] Aliviato A.P. Semiconductor cluter, nanocrytal, and quantum dot. Science. 1996; 271: 933 937. [6] Gao et al. In vivo molecular and cellular imaging with quantum dot. Current oinion in biotechnology. 2005; 16:63 72. [7] Shin et al. Nanocale controlled elf aembled monolayer and quantum dot. Current oinion in chemical biology. 2006; 10(5): 423 429. [8] Rogach et al. Infrared emitting colloidal nanocrytal: ynthei, aembly, ectrocoy, and alication. Small. 2007; 3(4): 536 557. [9] Weng, et al. Luminecent quantum dot: a very attractive and romiing tool in biomedicine. Current medicinal chemitry. 2006; 13: 897 909. [10] Fu, et al. Semiconductor nanoarticle for biological imaging. Current oinion in neural biology. 2005; 15:568 575. [11] Hardman R. A toxicologic review of quantum dot: toxicity deend on hyicochemical and environmental factor. Environmental Health Perective. 2006; 114(2): 165 172. 2013 02 27 63 16