Квантовые точки допированные ионами переходных металлов для люминофоров, сенсоров и фотокатализаторов: связь между химическим составом, свойствами, строением и фемтосекундной динамикой экситонов.

Проект направлен на решение фундаментальной проблемы о взаимодействии делокализованных электронных состояний экситонов и локализованных d-состояний ионов металла-допанта в квантовых точках (КТ). По разработанному на предыдущих этапах протоколу будут синтезированы КТ сплавов M:ZnxCd1-xSySe1-y , M:ZnxCd1-xSySe1-y/ZnS (ядро/оболочка), где M = Mn, Cu; x = 0.25 ÷ 0.75; y = 0.5 ÷1, характеризующиеся высокой стойкостью к выщелачиванию иона допанта и высоким квантовым выходом люминесценции допанта. Такие КТ рассматриваются как перспективные материалы для фотоники: люминофоры для биоимиджинга, люминофоры источников белого света, фотокатализаторы или фотосенсибилизаторы в фотовольтаических ячейках с функцией так называемого «хранилища» энергии или электрона, активной среды для лазеров, перспективных нелинейно оптических и магнитооптических сред и т.п. В центре внимания будут вопросы об обменных и кулоновских взаимодействиях экситона и Mn, о переносе энергии или переносе заряда, проявлении Оже процессов при возбуждении Mn, о спин-зависимых правилах отбора при безизлучательных и излучательных переходах. В синтезированных КТ Mn2+:ZnxCd1-xS, нам впервые удалось зарегистрировать полосу стимулированного излучения (SE) спин-запрещенного перехода 4Т1 -> 6А1 Mn2+ методами фемтосекундной лазерной спектроскопии. Полоса SE характеризует заселенность возбужденного Mn, в динамике SE обнаружена сверхбыстрая фемтосекундная компонента. Развитие экспериментов фемтосекундной лазерной спектроскопии в этом направлении даст возможность ответить на всё еще не решенный вопрос о механизме переноса энергии в КТ с делокализованных состояний экситона и на локализованные d-состояния иона допанта, Mn в частности. С этой же проблемой связан вопрос о механизме фотокаталитической и фотовольтаической эффективности допированных КТ, когда d-ион допанта в ядре тушит экситон, но эффективность не падает, а возрастает. Эксперименты по фемтосекундной спектроскопии КТ будут параллельно дополнены изучением фотокаталитической активности этих же КТ. Заявленные КТ проявили себя, на предыдущих этапах, как «почти идеальные» люминофоры для двух-фотонной люминесцентной микроскопии клеток. Изучение люминесцентных свойств заявленных КТ будет связано с определением эффектов среды, в частности в биологических системах, на спектрально-кинетические характеристик легирующих ионов в КТ.