Revelando a estrutura eletrônica de nanomateriais através de espectroscopia óptica avançada

• Main Author: Nagamine, Gabriel, 1992-
• Other Authors: UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
• Format: Others
• Published: [s.n.] 2017
• Subjects: Pontos quânticos; Dissulfeto de cobre e índio; Efeito Auger; Espectroscopia ultrarrápida; Deslocamento Stokes; Absorção de dois fótons; Quantum dots; Copper indium sulfide; Auger effect; Ultrafast spectroscopy; Stokes shift; Two-photon absorption
• Online Access: NAGAMINE, Gabriel. Revelando a estrutura eletrônica de nanomateriais através de espectroscopia óptica avançada. 2017. 108 f. Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin, Campinas, SP. Disponível em: <http://www.repositorio.unicamp.br/handle/REPOSIP/325655>. Acesso em: 2 set. 2018.; http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/325655

Orientador: Lázaro Aurélio Padilha Junior === Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin === Made available in DSpace on 2018-09-02T09:51:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nagamine_Gabriel_M.pdf: 6846623 bytes, checksum: 1daab6ac65771517c50786728dfce86e (MD5) Previous issue date: 2017 === Resumo: Pontos quânticos coloidais (QDs) ternários de CuInS2 (CIS) surgiram como uma alternativa não tóxica, altamente promissora, aos já bem estabelecidos QDs binários de CdX e PbX (X=Se,S). Além de não possuírem metais pesados em sua composição, esses novos materiais apresentam diversas características desejáveis, o que os torna fortes candidatos a serem aplicados em novas tecnologias, tanto em biologia quanto na geração de nova fontes de energia renovável. Além disso, esses QDs apresentam diversas propriedades ópticas que os diferem radicalmente dos QDs binários já conhecidos e ainda são pouco compreendidas. Dentre elas, podemos citar um largo espectro de fotoluminescência (PL), com decaimentos longos e multi-exponenciais e um espectro de absorção pouco definido, com uma longa cauda que vai para o infravermelho. Adicionalmente, esses nanomateriais apresentam um grande Stokes shift, de até 500 meV, cuja origem ainda é desconhecida e amplamente debatida na literatura. Com o intuito de desvendar os mecanismos por trás dessas propriedades distintas, nesse trabalho, realizamos uma série de estudos da sua dinâmica ultrarrápida e de espectroscopia não-linear para revelar a estrutura eletrônica desses QDs. Das medidas de dinâmica ultrarrápida, mostramos uma maneira alternativa de medir-se o tamanho dessas nanopartículas, por meio da sua seção de choque de absorção em 3,1 eV, que seria independente da variabilidade morfológica apresentada por elas. Adicionalmente, fazendo um estudo da dependência das interações multi-éxciton desses QDs com o tamanho, reportamos que esses nanomateriais apresentam interações Coulombianas reduzidas em relação aos QDs binários já conhecidos. Das medidas de espectroscopia não-linear, mostramos a primeira comprovação experimental de que a transição óptica entre os níveis fundamentais da banda de valência e condução é proibida por paridade em partículas esféricas. Além disso, comparando o espectro de absorção de 2 fótons das amostras estudadas com imagens de microscopia eletrônica de transmissão (TEM), mostramos que quebras na simetria das funções de onda dos portadores nesses QDs alteram as suas regras de seleção para transições ópticas. Adicionalmente, verificamos que, controlando a composição e tamanho desses QDs, é possível obter seções de choque de 2PA de até 13.500 GM dentro da janela de transparência óptica do tecido do corpo humano === Abstract: Ternary CuInS2 (CIS) Colloidal Quantum Dots (QDs) have emerged as a non-toxic promising alternative to the CdX and PbX (X=Se,S) binary QDs. Besides not having heavy metals on their composition, these new materials show several desirable features, which makes them strong candidates to be applied in new technologies, from biology to the new generation of renewable energy sources. Furthermore, these QDs present various optical properties that radically differs from the already well studied binary QDs and yet are not well understood. Among them, we can cite a large photoluminescence (PL) spectra, with long and multi-exponential decays and a poorly defined absorption spectra, with a long infrared tail. Additionally, these nanomaterials present large Stokes shift, up to 500 meV, whose origin is still not well understood and largely debated on the literature. To reveal the mechanism behind these distinguished properties, here, we perform a series of ultrafast spectroscopy and non-linear spectroscopy studies to reveal the electronic band structure of these QDs. From the ultrafast dynamics measurements, we show an alternative way to measure the size of these nanoparticles, through their absorption cross section in 3,1 eV, which would be independent from the morphologic variability presented by them. Additionally, by performing studies of the size dependent multi-exciton interactions, we report that these kind of nanomaterials present reduced Coulombic interactions in relation to de already known binary QDs. From the non-linear spectroscopy measurements, we show the first experimental confirmation that the optical transition between the electron and hole ground state are parity forbidden in the spherical particles. In addition, comparing the two-photon absorption (2PA) spectra of the studied samples with their transmission electron microscopy images, we show that symmetry breaking of the electronic wave functions in these QDs change their optical transition selection rules. Additionally, we verify that, by controlling the size and composition of these QDs, it is possible to obtain 2PA cross section as high as 13,500 GM inside the transparency window of the human tissue === Mestrado === Física === Mestre em Física === 1547612/2015 === 13/16911-2 === CAPES === FAPESP