голубой сдвиг (англ. blue shift) — смещение края полосы поглощения света в высокочастотную область в полупроводниках при уменьшении размера частиц.

Описание

Эффект связан с тем, что при уменьшении размера полупроводникового кристалла наблюдается увеличение ширины запрещенной зоны. При этом для возбуждения электронов из валентной зоны в зону проводимости требуется большая энергия поглощенного кванта, и, как следствие, наблюдается смещение края полосы поглощения.

Для описания эффекта голубого сдвига было предложено несколько моделей. Исторически первой была модель, предложенная в [1] для описания голубого сдвига, обнаруженного для наночастиц CuCl2, синтезированных на поверхности пористого стекла. Модель рассматривает носители заряда (электроны и дырки), образующиеся при поглощении кванта света, как частицы в потенциальной яме. Размер потенциальной ямы, в свою очередь, соответствует размеру наночастицы.

Эффект влияния размера наночастиц проявляется и при обратном процессе — рекомбинации электрона и дырки с испусканием излучения (люминесценции), длина волны которого также зависит от размера частиц. Наиболее ярко эффект голубого сдвига проявляется при уменьшении размера кристалла до размеров, близких к радиусу экситона в массивном полупроводнике (2–30 нм), такие частицы называют квантовыми точками.

В наночастицах может наблюдаться переход от сформировавшейся зонной структуры к дискретным электронным уровням (см. рис.), что приводит к трансформации края полосы поглощения в пик поглощения при уменьшении размера частиц.

Иллюстрации

а — Энергетическая диаграмма увеличения ширины запрещенной зоны при переходе от массивного

а — Энергетическая диаграмма увеличения ширины запрещенной зоны при переходе от массивного полупроводника к полупроводниковым наночастицам. ВЗ — валентная зона, ЗЗ — запрещенная зона, ЗП — зона проводимости, ВЗМО — верхние заполненные молекулярные орбитали, НСМО — нижние свободные молекулярные орбитали. б — Спектры поглощения наночастиц CdS в УФ и видимом диапазоне длин волн. Голубой сдвиг края полосы поглощения наблюдается при уменьшении размера коллоидных наночастиц. Построено по данным [2].


Авторы

  • Вересов Александр Генрихович
  • Толкачев Николай Николаевич

Источники

  1. Эфрос А. Л., Эфрос А.Л. // ФТП. 1982. Т. 16. С. 772.
  2. Weller H. Colloidal semiconductor Q-particles: chemistry in the transition region between solid state // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1993. V 32. P. 41–53.

Напишите нам