濃縮されたII−VI半導体クラスター環境における1.54μm Er3+蛍光の活性化

非常に濃縮されたII−VI半導体量子ドット環境において、Er3+の1.54μm蛍光の強力な増強が達成された。新しい調製戦略により、ZnS、CdS、CdSeおよびZnO半導体クラスターやナノクリスタル（サイズ1.5−5nm）に最大20原子％のEr3+を組み込むことが可能になった。調査したすべてのクラスターは、ランタニウムの付着のための架橋リガンドとして機能するOHグループを含んでいる。エタノールクラスター溶液中のEr3+は、純エタノール中の約3桁多く蛍光を発するが、これはこれらのクラスターのケージ状の構造が大きな受容能力を提供することによってのみ説明できる。この新しい材料コンセプトにより、電子−フォノン結合およびEr−O−Erクラスタリングに関連する二つの既知の放射緩和再結合チャネルを制御することができる。第一に、ナノ粒子あたりのエルビウムイオンの数が減少するに従って、蛍光強度が増加し、最大で2原子％のEr3+に達する。第二に、周囲のクラスター担体の格子振動によって生成されるフォノンのエネルギーが減少すると、蛍光強度が増加することが示されている。たとえば、エタノール中の分子エルビウム/(アミノプロピル)トライアルコキシシラン（AMEO）複合体は、高エネルギーのOHおよびNH振動（3000〜3500 cm-1の間）の存在により、すべてのサンプルの中で最も低い蛍光強度を示す。しかし、エタノール中のEr/ZnOコロイドは、ZnOの格子振動の低フォノンエネルギー（500〜1000 cm-1の間）を示し、100倍も強く蛍光を発する。エタノール中のAMEOでキャップされた1.6 nm CdSe/Er3+クラスターは、エタノール中のAMEO/Er3+複合体（CdSeフォノンエネルギー約200 cm-1）よりも1000倍強く蛍光を発する。