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[转载]铜−锑−硫三元半导体纳米粒子等离子激元

已有 1788 次阅读 2021-3-22 21:50 |个人分类:论文速递|系统分类:论文交流|文章来源:转载

铜−锑−硫三元半导体纳米粒子等离子激元

本文由论文第一作者供稿

导读

    近日,东南大学娄永兵教授上海交通大学赵一新教授美国凯斯西储大学Clemens Burda教授合作发表了吸收范围精确可调的等离子激元半导体的最新研究成果。


   该研究以题目“Cu-Sb-S Ternary Semiconductor Nanoparticle Plasmonics” 发表在国际期刊Nano Letters》上,其中,第一作者为东南大学化学化工学院博士生刘国宁,通讯作者为东南大学娄永兵教授、上海交通大学赵一新教授美国凯斯西储大学Clemens Burda教授

研究背景

    具有局域表面等离子体共振(Localized Surface Plasmon Resonance, LSPR)效应的金属金和银纳米材料一直是纳米领域的研究热点。法拉第(Faraday)于160多年前发表了有关金属纳米材料(即胶体金)的合成和光学性质的第一篇科学报道。在2009年之前,几乎所有的等离子体工作都是基于贵金属铜、银和金进行的。2009年,赵一新,娄永兵和Clemens Burda等人开创性的理论预测和实验证实了半导体纳米材料也具有局域表面等离子体性质,这一发现打破了之前人们对于等离子体只能局限在金属纳米材料中的固有认识,将其扩展到了半导体纳米材料中(Zhao, Y.; Pan, H.;  Lou, Y.;  Qiu, X.; Zhu, J.; Burda, C., Plasmonic Cu2-xS Nanocrystals: Opticaland Structural Properties of Copper-Deficient Copper(I) Sulfides. J. Am.Chem. Soc. 2009, 131 (12), 4253-4261.)。自此,半导体等离子体研究开始进入人们的视线。相继地,其他类型的半导体纳米晶如WOx,MoOx等也被证实具有局域表面等离子体共振(LSPR)性质。


    环境友好的硫化铜(CuxS)等离子激元半导体具有很好的潜在应用,例如光捕获,光电伏打,催化,近红外成像,生物成像,光热治疗,化学传感,无线电通讯以及等离子体太阳能电池等。尽管先前的工作在半导体纳米晶的合成等方面做出了努力,但是,要实现宽范围连续可调谐等离子体光学这一目标目前在化学合成方面仍然是一个巨大的挑战,这也是等离子激元半导体方向的重大难题。

工作介绍

    本工作中,东南大学娄永兵教授、上海交通大学赵一新教授和美国凯斯西储大学ClemensBurda教授再次合作报道了一种更加广泛、更加精细的实现三元半导体等离子激元的调谐方法,为开辟具有宽光谱特征的等离子激元应用提供了一种新的可能。该报道采用一种胶体法合成策略,制备了一系列高度分散的、片状的锑掺杂硫化铜三元半导体纳米晶(Sby−CuxS NCs, y =0.02 − 0.34)。这些三元半导体纳米晶具有明显的局域表面等离子体共振(LSPR)吸收,并且其吸收带可以通过系统地调谐锑掺杂物的浓度来进行调谐,实现了从近红外(near-infrared)光谱区域到中可见(mid-visible)光谱区域的宽范围连续调谐。此外,这项工作阐明了实现连续等离子体吸收的潜在的载流子浓度要求,揭示了合成和定量所产生的等离子体光学特性。该方法为等离子激元半导体的精确调控提供了新思路和新方法。

图文速览


图片

图1. LSPR光谱。(A) 测量的Sby-CuxS半导体纳米晶的LSPR光谱(其中,Cu:S的理论和实际摩尔比分别为1.8和1.8−x。如图中箭头所示,从右到左分别对应样品1−13,其y值分别为0.02、0.03、0.05、0.07、0.08、0.09、0.11、0.14、0.16、0.18、0.22、0.27和0.34。)随着纳米晶晶格中Sb阳离子浓度(y值)的增加,LSPR蓝移,这是由Cu空位密度的增加引起的。(B) LSPR峰值能量(eV)与Sby - CuxS纳米晶 Sb的浓度(y值)的关系图。(C) 利用从图A所示的实测LSPR光谱中提取的参数所模拟Sby - CuxS纳米晶的LSPR光谱。(D) 不同Sb掺杂浓度下Sby- CuxS纳米晶的吸收峰能量(eV)与空穴载流子密度(× 1021cm−3)的关系,其中从右到左y值分别为0.02、0.03、0.05、0.07、0.08、0.09、0.11、0.14、0.16、0.18、0.22、0.27、0.34。

原文链接:


Guoning Liu, Shaopeng Qi, Jinxi Chen, Yongbing Lou*,Yixin Zhao*, and Clemens Burda*, Cu−Sb−S Ternary Semiconductor Nanoparticle Plasmonics. 2021. doi:10.1021/acs.nanolett.1c00006.


本文转自:https://mp.weixin.qq.com/s/pTv2oeHTGtgNbzI7HvsQhA

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