Biexciton and trion energy transfer from CdSe/CdS giant nanocrystals to Si substrates
Source abstract
Abstract
Observation of energy transfer (ET) from multiexcitonic (MX) complexes in nanocrystal quantum dots (NQDs) has been severely restricted due to efficient nonradiative Auger recombination leading to very low MX emission quantum yields. Here we employed "giant" CdSe/CdS NQDs with suppressed Auger recombination to study ET of biexcitons (BX) and charged excitons (trions) into Si substrate. Photoluminescence (PL) measurements of (sub)monolayers of gNQDs controllably assembled on various interacting surfaces and augmented by single gNQD's imaging reveal appearance of BX spectral signatures and progressive acceleration of PL lifetimes of all excitonic species on Si substrates. From statistical analysis of a large number of PL lifetime traces, representative exciton, trion and BX ET efficiencies are measured as ∼75%, 55% and 45% respectively. Detailed analysis of the MX's radiative rates demonstrate the crucial role of the radiative (waveguide) ET in maintaining high overall transfer efficiency despite the prevalent Auger recombination. Our observations point towards practical utilization of MX-bearing nanocrystals in future optoelectronics architectures.
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Research context
OpenAlex topics: Quantum Dots Synthesis And Properties · Chalcogenide Semiconductor Thin Films · Perovskite Materials and Applications
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Affiliations
Department of Physics
The University of Texas at Dallas
Richardson
USA
Department of Material Science and Engineering
Materials Physics & Applications: Center for Integrated Nanotechnologies
Los Alamos National Laboratory
Los Alamos
Funding
Basic Energy Sciences
References (68)
Show source-provided references
1. Klimov · Annu. Rev. Condens. Matter Phys. · 2014 · 5 · 28510.1146/annurev-conmatphys-031113-133900 ↗
2. Zhao · Nano Lett. · 2012 · 12 · 447710.1021/nl3013727 ↗
3. Javaux · Nat. Nanotechnol. · 2013 · 8 · 20610.1038/nnano.2012.260 ↗
4. Spinicelli · Phys. Rev. Lett. · 2009 · 102 · 13680110.1103/PhysRevLett.102.136801 ↗
5. Hiroshige · J. Phys. Chem. Lett. · 2017 · 8 · 196110.1021/acs.jpclett.7b00547 ↗
6. Hartstein · ACS Nano · 2017 · 11 · 1043010.1021/acsnano.7b05551 ↗
7. Michler · Nature · 2000 · 406 · 96810.1038/35023100 ↗
8. Shields · Nat. Photonics · 2007 · 1 · 21510.1038/nphoton.2007.46 ↗
9. Klimov · Science · 2000 · 290 · 31410.1126/science.290.5490.314 ↗
10. Sukhovatkin · Science · 2009 · 324 · 154210.1126/science.1173812 ↗
11. McDonald · Nat. Mater. · 2005 · 4 · 13810.1038/nmat1299 ↗
12. Ip · Nat. Nanotechnol. · 2012 · 7 · 57710.1038/nnano.2012.127 ↗
13. Semonin · Science · 2011 · 334 · 153010.1126/science.1209845 ↗
14. Efros · Phys. Rev. Lett. · 1977 · 78 · 111010.1103/PhysRevLett.78.1110 ↗
15. Verberk · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 2002 · 66 · 23320210.1103/PhysRevB.66.233202 ↗
16. Margolin · J. Phys. Chem. B · 2006 · 110 · 1905310.1021/jp061487m ↗
17. Zhang · Nano Lett. · 2006 · 6 · 84310.1021/nl060483q ↗
18. Zhao · Phys. Rev. Lett. · 2010 · 104 · 15740310.1103/PhysRevLett.104.157403 ↗
19. Rosen · Phys. Rev. Lett. · 2010 · 104 · 15740410.1103/PhysRevLett.104.157404 ↗
20. Qin · ACS Nano · 2012 · 6 · 912510.1021/nn303396c ↗
21. Fernee · Nat. Commun. · 2012 · 3 · 128710.1038/ncomms2300 ↗
22. Xu · Small · 2012 · 8 · 25310.1002/smll.201101643 ↗
23. Qin · Adv. Mater. · 2017 · 29 · 160692310.1002/adma.201606923 ↗
24. Klimov · Science · 2000 · 287 · 101110.1126/science.287.5455.1011 ↗
25. Fisher · Chem. Phys. · 2005 · 318 · 7110.1016/j.chemphys.2005.05.036 ↗
26. Bae · Nat. Commun. · 2013 · 4 · 266110.1038/ncomms3661 ↗
27. McGuire · Acc. Chem. Res. · 2008 · 41 · 181010.1021/ar800112v ↗
28. Chen · J. Am. Chem. Soc. · 2008 · 130 · 502610.1021/ja711379k ↗
29. Htoon · Nano Lett. · 2010 · 10 · 240110.1021/nl1004652 ↗
30. Park · Phys. Rev. Lett. · 2011 · 106 · 18740110.1103/PhysRevLett.106.187401 ↗
31. Mangum · Nanoscale · 2014 · 6 · 371210.1039/c3nr06558h ↗
32. Sampat · ACS Photonics · 2015 · 2 · 150510.1021/acsphotonics.5b00423 ↗
33. Lu · Nano Lett. · 2009 · 9 · 454810.1021/nl903104k ↗
34. Nguyen · Appl. Phys. Lett. · 2011 · 98 · 16190410.1063/1.3579545 ↗
35. Nguyen · ACS Nano · 2012 · 6 · 557410.1021/nn301531b ↗
36. Nimmo · ACS Nano · 2013 · 7 · 323610.1021/nn400924y ↗
37. Yeltik · ACS Nano · 2013 · 7 · 1049210.1021/nn404627p ↗
38. Peng · Chem. Rev. · 2015 · 115 · 1276410.1021/acs.chemrev.5b00085 ↗
39. Hoang · Nanoscale · 2016 · 6 · 587310.1039/C5NR07932B ↗
40. Aqua · Appl. Phys. Lett. · 2008 · 92 · 22311210.1063/1.2940230 ↗
41. Paltiel · Appl. Phys. Lett. · 2006 · 89 · 03310810.1063/1.2221886 ↗
42. Crooker · Phys. Rev. Lett. · 2002 · 89 · 18680210.1103/PhysRevLett.89.186802 ↗
43. Franzl · Nano Lett. · 2004 · 4 · 159910.1021/nl049322h ↗
44. Achermann · Nature · 2004 · 429 · 64210.1038/nature02571 ↗
45. Rogach · J. Mater. Chem. · 2009 · 19 · 120810.1039/B812884G ↗
46. Dutta · ACS Nano · 2015 · 9 · 689110.1021/acsnano.5b03268 ↗
47. Guzelturk · Adv. Funct. Mater. · 2016 · 26 · 815810.1002/adfm.201603311 ↗
48. Kershaw · Mater. Horiz. · 2017 · 4 · 15510.1039/C6MH00469E ↗
49. Huang · Nano Lett. · 2016 · 16 · 249210.1021/acs.nanolett.6b00060 ↗
50. Rowland · Nat. Mater. · 2015 · 14 · 48410.1038/nmat4231 ↗
51. Sampat · ACS Photonics · 2016 · 3 · 70810.1021/acsphotonics.6b00088 ↗
52. Rupich · Adv. Opt. Mater. · 2016 · 4 · 37810.1002/adom.201500492 ↗
53. Seitz · J. Am. Chem. Soc. · 2009 · 131 · 1815910.1021/ja907003w ↗
54. Seitz · Langmuir · 2011 · 27 · 733710.1021/la200471b ↗
55. Malko · Nano Lett. · 2011 · 11 · 521310.1021/nl2025272 ↗
56. Galland · Nature · 2011 · 479 · 20310.1038/nature10569 ↗
57. Park · ACS Nano · 2014 · 8 · 728810.1021/nn5023473 ↗
58. Gao · Adv. Opt. Mater. · 2015 · 3 · 3910.1002/adom.201400362 ↗
59. Galland · Nat. Commun. · 2012 · 3 · 90810.1038/ncomms1916 ↗
60. Nair · Nano Lett. · 2011 · 11 · 113610.1021/nl104054t ↗
61. García-Santamaría · Nano Lett. · 2009 · 9 · 348210.1021/nl901681d ↗
62. Bae · ACS Nano · 2013 · 7 · 341110.1021/nn4002825 ↗
63. Nguyen · J. Opt. Soc. Am. B · 2013 · 30 · 240110.1364/JOSAB.30.002401 ↗
64. L. Novotny and B.Hecht , Principles of Nano-Optics , Cambridge University Press , Cambridge , 200610.1017/CBO9780511813535 ↗
65. Wang · Nanoscale · 2015 · 7 · 938710.1039/C5NR00772K ↗
66. Cragg · Nano Lett. · 2009 · 10 · 31310.1021/nl903592h ↗
67. Cirloganu · Nat. Commun. · 2014 · 5 · 414810.1038/ncomms5148 ↗
68. Klimov · ACS Photonics · 2016 · 3 · 113810.1021/acsphotonics.6b00307 ↗