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Tuning exciton diffusion, mobility and emission line width in CdSe nanoplatelets via lateral size
Nanoscale ( IF 5.8 ) Pub Date : 2020-11-02 , DOI: 10.1039/d0nr04745g Alexander W. Achtstein 1, 2, 3, 4 , Sabrine Ayari 5, 6, 7, 8, 9 , Sophia Helmrich 1, 2, 3, 4 , Michael T. Quick 1, 2, 3, 4 , Nina Owschimikow 1, 2, 3, 4 , Sihem Jaziri 5, 6, 7, 8, 9 , Ulrike Woggon 1, 2, 3, 4
Nanoscale ( IF 5.8 ) Pub Date : 2020-11-02 , DOI: 10.1039/d0nr04745g Alexander W. Achtstein 1, 2, 3, 4 , Sabrine Ayari 5, 6, 7, 8, 9 , Sophia Helmrich 1, 2, 3, 4 , Michael T. Quick 1, 2, 3, 4 , Nina Owschimikow 1, 2, 3, 4 , Sihem Jaziri 5, 6, 7, 8, 9 , Ulrike Woggon 1, 2, 3, 4
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We investigate the lateral size tunability of the exciton diffusion coefficient and mobility in colloidal quantum wells by means of line width analysis and theoretical modeling. We show that the exciton diffusion coefficient and mobility in laterally finite 2D systems like CdSe nanoplatelets can be tuned via the lateral size and aspect ratio. The coupling to acoustic and optical phonons can be altered via the lateral size and aspect ratio of the platelets. Subsequently the exciton diffusion and mobility become tunable since these phonon scattering processes determine and limit the mobility. At 4 K the exciton mobility increases from ∼ 4 × 103 cm2 V−1 s−1 to more than 1.4 × 104 cm2 V−1 s−1 for large platelets, while there are weaker changes with size and the mobility is around 8 × 101 cm2 V−1 s−1 for large platelets at room temperature. In turn at 4 K the exciton diffusion coefficient increases with the lateral size from ∼ 1.3 cm2 s−1 to ∼ 5 cm2 s−1, while it is around half the value for large platelets at room temperature. Our experimental results are in good agreement with theoretical modeling, showing a lateral size and aspect ratio dependence. The findings open up the possibility for materials with tunable exciton mobility, diffusion or emission line width, but quasi constant transition energy. High exciton mobility is desirable e.g. for solar cells and allows efficient excitation harvesting and extraction.
中文翻译：
通过横向尺寸调整CdSe纳米片中的激子扩散，迁移率和发射线宽度
我们通过线宽分析和理论建模，研究了胶体量子阱中激子扩散系数和迁移率的横向尺寸可调性。我们表明，在横向有限的二维系统（如CdSe纳米片）中的激子扩散系数和迁移率可以通过横向尺寸和纵横比进行调整。可以通过血小板的侧向尺寸和纵横比来改变与声子和光子的耦合。随后，由于这些声子散射过程确定并限制了迁移率，因此激子扩散和迁移率变得可调节。在4 K时，激子迁移率从〜4×10 3 cm 2 V -1 s -1增加到大于1.4×10大血小板为4 cm 2 V -1 s -1，而随着大小的变化较弱，室温下大血小板的迁移率约为8×10 1 cm 2 V -1 s -1。反过来，在4 K时，激子扩散系数随横向尺寸从〜1.3 cm 2 s -1增加到〜5 cm 2 s -1，而在室温下约为大血小板的一半。我们的实验结果与理论模型非常吻合，显示了横向尺寸和纵横比的依赖性。这些发现为激子迁移率，扩散或发射线宽度可调但过渡能量近似恒定的材料提供了可能性。高激子迁移率对于例如太阳能电池是期望的，并且允许有效的激发收获和提取。
更新日期：2020-11-23
中文翻译：
通过横向尺寸调整CdSe纳米片中的激子扩散，迁移率和发射线宽度
我们通过线宽分析和理论建模，研究了胶体量子阱中激子扩散系数和迁移率的横向尺寸可调性。我们表明，在横向有限的二维系统（如CdSe纳米片）中的激子扩散系数和迁移率可以通过横向尺寸和纵横比进行调整。可以通过血小板的侧向尺寸和纵横比来改变与声子和光子的耦合。随后，由于这些声子散射过程确定并限制了迁移率，因此激子扩散和迁移率变得可调节。在4 K时，激子迁移率从〜4×10 3 cm 2 V -1 s -1增加到大于1.4×10大血小板为4 cm 2 V -1 s -1，而随着大小的变化较弱，室温下大血小板的迁移率约为8×10 1 cm 2 V -1 s -1。反过来，在4 K时，激子扩散系数随横向尺寸从〜1.3 cm 2 s -1增加到〜5 cm 2 s -1，而在室温下约为大血小板的一半。我们的实验结果与理论模型非常吻合，显示了横向尺寸和纵横比的依赖性。这些发现为激子迁移率，扩散或发射线宽度可调但过渡能量近似恒定的材料提供了可能性。高激子迁移率对于例如太阳能电池是期望的，并且允许有效的激发收获和提取。
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