Phys. Rev. Lett.: 原子級精密的CdSe量子點晶格動力學的尺寸依賴性

【引言】

膠體半導體納米晶，通常稱作量子點納米顆粒，有著帶隙尺寸可調、光致發光光譜窄和長期穩定性等獨特的光電性質，近些年來在很多領域實現了商業化。材料的原子排布及鍵合方式會對材料性質產生很大影響，對于納米尺度的原子團簇來說，樣品尺寸小難于直接測量，此外，制備與團簇性質相同的塊體樣品也十分困難。鑒于以上情況，缺乏對納米顆粒結構-性質關系的深入理解，阻礙了其進一步發展。

【成果簡介】

近日，美國哥倫比亞大學/布魯克海文國家實驗室的Simon J. L. Billinge教授在Physical Review Letters上發表了題為“Size-Dependent Lattice Dynamics of Atomically Precise Cadmium Selenide Quantum Dots”的文章，文章共同通訊作者兼第一作者為Chenyang Shi博士。作者制備得到幾克相同半導體量子點納米顆粒，結合高能分辨率非彈性X射線衍射測量小樣品量的氫化材料晶格動力學，測量CdSe量子點中聲子態密度的尺寸效應。此外，作者可以在原子級別精確建立這些納米顆粒的結構模型，進而通過密度泛函理論計算聲子態密度，從實驗和理論兩個角度出發，證實了表面覆蓋物質的種類在決定晶格動力學方面起著重要作用。

【圖文導讀】

圖1：本工作中CdSe量子點的結構示意圖，其化學組成和表面包覆配體（capping ligands）如圖所示。

圖2：CdSe納米顆粒和塊體材料的聲子態密度。

(a)HERIX測量得到的聲子態密度；

(b)DFT計算得到的聲子態密度。

圖3：CdSe量子點樣品的對分布函數測量。

(a)溫度為20K，實驗測得CdSe納米顆粒和塊體CdSe的對分布函數；

(b)從對分布函數和DFT數據提取的鍵張力（bond strain）隨納米顆粒邊緣長度變化情況。

【小結】

總的來說，作者借助同步輻射高能分辨率非彈性X射線衍射裝置，測定了原子級精確的量子點顆粒的聲子態密度。實驗結果與原子對分布函數測量、第一性原理密度泛函理論計算相結合，提供了有關CdSe量子點納米顆粒的結構、鍵合和動力學的關鍵信息。和塊體材料比較，隨著納米顆粒尺寸增加，聲學支出現藍移。作者通過理論計算發現，藍移對于計算中用到的擬配體（pseudo-ligand）的質量十分敏感，實際上，使用氫作為擬配體，會導致該分支中出現紅移。這說明配體質量對納米顆粒核的動力學光譜有著很強的影響，或許可以通過控制配體質量和覆蓋范圍來對材料的聲子態密度光譜進行調控。

文獻鏈接：Size-Dependent Lattice Dynamics of Atomically Precise Cadmium Selenide Quantum Dots（Phys. Rev. Lett.，2019，DOI：10.1103/PhysRevLett.122.026101）

本文由材料人計算材料組Isobel供稿，材料牛整理編輯。

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