Advanced spectroscopic characterization of quantum dot ensembles

• Thesis title in Czech: Pokročilá spektroskopická charakterizace souborů kvantových teček
• Thesis title in English: Advanced spectroscopic characterization of quantum dot ensembles
• Key words: kvantové tečky, doba doznívání, kvantový výtěžek, vnitřní kvantová účinnost, absorpční průřez
• English key words: quantum dots, lifetime, quantum yield, internal quantum efficiency, absorption cross-section
• Academic year of topic announcement: 2012/2013
• Thesis type: dissertation
• Thesis language: angličtina
• Department: Department of Chemical Physics and Optics (32-KCHFO)
• Supervisor: prof. RNDr. Jan Valenta, Ph.D.
• Author: hidden - assigned and confirmed by the Study Dept.
• Date of registration: 27.09.2013
• Date of assignment: 27.09.2013
• Confirmed by Study dept. on: 10.03.2014
• Date and time of defence: 15.03.2018 10:00
• Date of electronic submission: 01.03.2018
• Date of submission of printed version: 01.03.2018
• Date of proceeded defence: 15.03.2018
• Opponents: Jan Linnros
• Advisors: prof. RNDr. Ivan Pelant, DrSc.

Guidelines

Nanostrukturní materiály umožňují díky kvantovému rozměrovému jevu výrazně ovlivňovat elektronické a optické vlastnosti polovodičů. Rozměrové jevy jsou obzvláště výrazné v hlavním materiálu mikroelektroniky ? křemíku, který je jinak jako makroskopický krystal zcela nevhodný jako aktivní optoelektronický prvek. Křemíkové nanokrystaly o rozměrech cca 1-5 nm, popř. jiné nízodimenzionální křemíkové struktury, vykazují účinnou luminiscenci v širokém spektrálním oboru od UV do NIR oblasti.
Nabízené téma dizertace představuje převážně experimentální studium Si nanokrystalů, zaměřené na objasnění možnosti jejich použití jako aktivního prostředí pro miniaturní zdroje záření v křemíkové fotonice. Vzorky budou ve formě hustě uspořádaných nanokrystalických planárních vrstev a/nebo koloidních suspenzí Si nanokrystalů. Na jejich přípravě a rozvoji technologie se bude disertant podílet.
Hlavní experimentální metodou pro hlubší poznání mechanismu rekombinace v křemíkových nanokrystalech bude technika mikro-spektroskopie jednotlivých nanokrystalů. Aplikace této náročné techniky na studium Si nanostruktur byla rozpracována školitelem této práce a příslušná zařízení špičkových parametrů jsou čerstvě zprovozněna na matematicko-fyzikální fakultě. Experimenty budou dále rozvíjeny zejména ve směru využití kryogenního zařízení v zobrazovací části aparatury, vypracování postupů pro mikroskopická absolutní měření kvantových výtěžků a absorpčních průřezů nanostruktur, rozšíření detekčního oboru z viditelné do blízké infračervené oblasti, měření fotonové statistiky (autokorelace) a další. Druhou oblastí budou experimenty na hustě uspořádaných nanokrystalických vrstvách určených pro novou generaci solárních článků.
Doktorská práce bude využívat spolupráci s řadou laboratoří v ČR a v mnoha evropských státech (Švédsko, Nizozemí, Německo, Itálie, ...).

References

bude doplněn později

Preliminary scope of work

Nanostrukturní materiály umožňují díky kvantovému rozměrovému jevu výrazně ovlivňovat elektronické a optické vlastnosti polovodičů. Rozměrové jevy jsou obzvláště výrazné v hlavním materiálu mikroelektroniky ? křemíku, který je jinak jako makroskopický krystal zcela nevhodný jako aktivní optoelektronický prvek. Křemíkové nanokrystaly o rozměrech cca 1-5 nm, popř. jiné nízodimenzionální křemíkové struktury, vykazují účinnou luminiscenci v širokém spektrálním oboru od UV do NIR oblasti.
Nabízené téma dizertace představuje převážně experimentální studium Si nanokrystalů, zaměřené na objasnění možnosti jejich použití jako aktivního prostředí pro miniaturní zdroje záření v křemíkové fotonice. Vzorky budou ve formě hustě uspořádaných nanokrystalických planárních vrstev a/nebo koloidních suspenzí Si nanokrystalů. Na jejich přípravě a rozvoji technologie se bude disertant podílet.
Hlavní experimentální metodou pro hlubší poznání mechanismu rekombinace v křemíkových nanokrystalech bude technika mikro-spektroskopie jednotlivých nanokrystalů. Aplikace této náročné techniky na studium Si nanostruktur byla rozpracována školitelem této práce a příslušná zařízení špičkových parametrů jsou čerstvě zprovozněna na matematicko-fyzikální fakultě. Experimenty budou dále rozvíjeny zejména ve směru využití kryogenního zařízení v zobrazovací části aparatury, vypracování postupů pro mikroskopická absolutní měření kvantových výtěžků a absorpčních průřezů nanostruktur, rozšíření detekčního oboru z viditelné do blízké infračervené oblasti, měření fotonové statistiky (autokorelace) a další. Druhou oblastí budou experimenty na hustě uspořádaných nanokrystalických vrstvách určených pro novou generaci solárních článků.
Doktorská práce bude využívat spolupráci s řadou laboratoří v ČR a v mnoha evropských státech (Švédsko, Nizozemí, Německo, Itálie, ...).

Preliminary scope of work in English

Quantum confinement effect enable to alter significantly electronic and optical properties of materials prepared in form of nanostructures. The confinement phenomena are especially strong in case of the main material of electronics technology ? silicon. Bulk silicon is an indirect-band semiconductor that cannot be used in light-emitting devices but silicon nanocrystals with dimensions in the range of 1 to 5 nm can be made to emit light efficiently in a broad spectral range from ultraviolet to near infrared.
The PhD work will be based on experimental investigation of silicon nanocrystals with aim to understand deeply the mechanism of light emission (more generally, relaxation and transfer of excitation energy) and explore the application potential of such materials in optoelectronics (solar cells, light emitters etc.). Studied nanostructures will be in form of nanocrystalline suspensions and photonic structures, layered ensembles, waveguides or photonic crystals. Participation in the preparation technology and sample characterization will be one part of the PhD work.
The main experimental method will be the optical micro-spectroscopy of single silicon nanocrystals, nanowires and other structures. This advanced spectroscopic method was pioneered by supervisor of this work and the high-end experimental set-up is building up just now at the Department of chemical physics & optics. In future the set-up will be developed further by incorporating cryogenic system to the imaging part of apparatus, broadening the spectral range of detection to the near infrared region, building the photon statistics detection system, exploring absolutely calibrated techniques to measure quantum yieds, absorption cross-section etc. In addition, some non-linear optical experiments will be performed in order to study stimulated emission in Si nanostructures and consequently their application in lasers.
This PhD project is a part of several national research projects and is based on long-term collaboration with many foreign laboratories in Europe: Royal Institute of Technology in Stockholm, Amsterdam University, Université Louis Pasteur in Strasbourg, Freiburg University etc.