壳层晶体结构对蓝色量子点热稳定性和光物理行为的影响

《Advanced Optical Materials》：Impact of Shell Crystal Structure on the Thermal Stability and Photophysical Behavior of Blue Quantum dots

量子点壳结构影响热稳定性和光物理性能：立方ZnS壳降低Cd2?扩散势垒，保持界面清晰和能带对齐，荧光衰减8%（200-300K），高温稳定性81%；六方ZnS壳通过合金界面增强载流子分散，抑制Auger复合，双激子寿命增至126ps（立方ZnS为69ps），平均寿命延长至16.7ns（立方ZnS为55ns）|

　　

摘要

外延壳层对于提升半导体量子点（QDs）的光电性能至关重要，尤其是对于宽带隙蓝色量子点而言。然而，壳层晶体结构对热稳定性和光物理行为的影响尚未得到充分研究。有研究表明，通过配体引导的方法可以在蓝色WZ型CdZnS核心上合成具有闪锌矿（ZB）或纤锌矿（WZ）结构的ZnS壳层，其中硫前驱体（Trioctylphosphine-S/octanethiol）通过其热稳定性和配位效应决定了晶体相。WZ型ZnS的Cd²⁺扩散势垒低于ZB型ZnS，这是因为八面体空位中的阳离子密度较低，从而减少了静电排斥。因此，ZB壳层的量子点能够保持清晰的核心-壳层边界和能带对齐，提高了抗热淬火能力和结构稳定性：从200 K升至300 K时，WZ壳层量子点的荧光强度仅下降了8%，而ZB壳层量子点的荧光强度下降了17%；在100°C下存放15天后，WZ壳层量子点的荧光强度仍保留了81%（ZB壳层仅为36%）。此外，ZB型晶格的刚性还减弱了激子-声子耦合（模拟得到的γLO分别为39 meV和67 meV）。相反，WZ壳层量子点形成了合金化界面，使得能带对齐更加平滑，增强了载流子的离域性。这抑制了Auger复合现象，使得双激子寿命达到了126 ps——几乎是ZB壳层量子点（69 ps）的两倍——并且衰减动力学也更慢（τ_av分别为16.7 ns和55 ns）。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。