ВЛИЯНИЕ ЭФФЕКТА ГАШЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫМ «МЁРТВЫМ СЛОЕМ» НА НЕЛИНЕЙНО-ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТРЕТЬЕГО ПОРЯДКА НАНОЧАСТИЦ

Авторы

  • Корабоев Камолиддин Абдишукурович

    Университет геологических наук

Ключевые слова: водородоподобное приближение, энергия экситона, нелинейная оптическая восприимчивость третьего порядка, квантовые точки CdSe, каскадные виртуальные переходы, поверхностный мёртвый слой, квантовое ограничение

Аннотация

Для устранения расхождения между теорией, предсказывающей монотонный рост кубической нелинейной оптической восприимчивости (χ⁽³⁾) квантовых точек CdSe при уменьшении радиуса R, и экспериментом, показывающим резкое гашение при R < 2 нм, предложена аналитическая модель, объединяющая формализмы Бойда и Бруса с поверхностной поправкой «мёртвого слоя». Модель предсказывает немонотонную зависимость χ⁽³⁾(R) и оптимальный радиус Ropt ≈ 2.5 нм, при котором восприимчивость максимальна. Расчётные значения (10⁻²⁰ − 10⁻²² м²/В²) согласуются по порядку величины с теоретической оценкой для CdSe/ZnS-MOF и измерениями CdTe методом DFWM, а с единственным прямо сопоставимым Z-скан измерением для изолированных коллоидных квантовых точек CdSe расходятся на два порядка.

Библиографические ссылки

1. Boyd R.W. Nonlinear Optics, 4th ed. - Cambridge: Academic Press, 2020. –P. 640.

2. Brus L.E. Electron–electron and electron–hole interactions in small semiconductor crystallites. // J. Chem. Phys. 1984. Vol. 80. - P. 4403–4409.

3. Miles R.B., Harris S.E. Optical third-harmonic generation in alkali metal vapors // IEEE J. Quantum Electron. 1973. Vol. 9. - P. 470–484.

4. Efros Al. L., Efros A.L. Interband absorption of light in a semiconductor sphere. // Sov. Phys. Semicond. 1982. Vol. 16. -P. 772–775.

5. Kulagin I.A. Third-order nonlinear optical response of quantum dots. // J. Mod. Opt. 2005. Vol. 52. - P. 2151-2160.

6. Kulagin I. A. Nonlinear optical properties of nanostructures. // Opt. Spectrosc. 2008. Vol. 105. - P. 448-454.

7. Norris D.J., Bawendi M.G. Measurement and assignment of the size-dependent optical spectrum in CdSe quantum dots. // Phys. Rev. B. 1996. Vol. 53. - P. 16338.

8. Jasieniak J. et al. Re-examination of the size-dependent absorption properties of CdSe quantum dots. // J. Phys. Chem. C. 2011. Vol. 115. - P. 20288–20294.

9. Deng Z., Jeong K.S. Guyot-Sionnest, P. Colloidal quantum dots intraband photodetectors. // ACS Nano. 2014. Vol. 8. - P. 11707–11714.

10. Guyot-Sionnest P. et al. Mid- and long-wave infrared optoelectronics via intraband transitions in PbS colloidal quantum dots. // Nano Lett.-2020. Vol. 20. - P. 7024-7031.

11. Zhang H., Peterson J.C. Guyot-Sionnest, P. Intraband transition of HgTe nanocrystals for long-wave infrared detection at 12 μm // ACS Nano. — 2023. -Vol. 17. — P. 7530–7538.

12. DeRose P.C., Zhang Y.Z., Gaigalas A.K. Optical properties of CdSe/ZnS nanocrystals. // J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 2014. Vol. 119. Art. 026.

13. Geiregat P., Roda C., Tanghe I., Singh S., Di Giacomo A., Lebrun D., Grimaldi G., Maes J. Van Thourhout D., Moreels I., Houtepen A. J., Hens Z. Localization-limited exciton oscillator strength in colloidal CdSe nanoplatelets revealed by the optically induced Stark effect. // Light Sci. Appl. 2021. Vol. 10. Art. 112.

14. Wu, J. et al. Self-consistent theoretical framework for third-order nonlinear susceptibility in CdSe/ZnS-MOF quantum dot composites // Ann. Phys. - 2026. -Vol. 538. — Art. e00587.

15. Çadirci M., Gündoğdu Y., Elibol E., Kılıç H.Ş. Nonlinear optical properties of core shell type II quantum dot structures // Opt. Laser Technol. 2020. Vol. 128. Art. 106246.

16. Gündoğdu Y., Kılıç H.Ş., Çadırcı M. Third order nonlinear optical properties of CdTe/CdSe quasi type-II colloidal quantum dots. // Opt. Mater. 2021. Vol. 114. Art. 110956.

17. Wang X., Du Y., Ding S., Wang Q., Xiong G., Xie M., Shen X., Pang D. Preparation and third-order optical nonlinearity of self-assembled chitosan/CdSe-ZnS core-shell quantum dots multilayer films // J. Phys. Chem. B. 2006. Vol. 110. No. 4. -P. 1566-1570.

18. Seo J.T., Ma S.M., Yang Q., Creekmore L., Battle R., Brown H., Jackson A., Skyles T., Tabibi B., Yu W., Jung S., Namkung M. Large resonant third-order optical nonlinearity of CdSe nanocrystal quantum dots. // J. Phys.: Conf. Ser. 2006. Vol. 38. - P. 91–94.

19. Ultrafast third-order nonlinear dynamics in CdTe quantum dots at room temperature, degenerate four-wave mixing at 775 nm [author(s), journal, volume, and page numbers to be supplied by the author — full bibliographic record could not be confirmed and must be completed before submission].