[论文解读] How semiconductor nanoplatelets form

Andreas Riedinger, Florian D. Ott+7 more|arXiv (Cornell University)|May 20, 2016

Quantum Dots Synthesis And Properties参考文献 46被引用 117

一句话总结

本文检验并否定了锌闪石型纳米片的模板成核机制，表明它们由于各向同性熔体中的固有生长动力学不稳定性而形成，并得到 CdSe 和 CdS1-xSex 纳米片合成与一个动力学生长模型的支持。

ABSTRACT

Colloidal nanoplatelets - quasi-two-dimensional sheets of semiconductor exhibiting efficient, spectrally pure fluorescence - form when liquid-phase syntheses of spherical quantum dots are modified. Despite intense interest in their properties, the mechanism behind their anisotropic shape and precise atomic-scale thickness remains unclear, and even counterintuitive when their crystal structure is isotropic. One commonly accepted explanation is that nanoclusters nucleate within molecular templates and then fuse. Here, we test this mechanism for zincblende nanoplatelets and show that they form instead due to an intrinsic instability in growth kinetics. We synthesize CdSe and CdS1-xSex nanoplatelets in template- and solvent-free isotropic melts containing only cadmium carboxylate and chalcogen, a finding incompatible with previous explanations. Our model, based on theoretical results showing enhanced growth on narrow surface facets, rationalizes nanoplatelet formation and experimental dependencies on temperature, time, and carboxylate length. Such understanding should lead to improved syntheses, controlled growth on surfaces, and broader libraries of nanoplatelet materials.

研究动机与目标

• 推动理解为什么胶体纳米片以具有精确厚度的准二维形状呈现。
• 测试纳米簇模板化与融合是否能解释锌闪石体系中的纳米片形成。
• 开发并验证一个能够解释纳米片形成及实验条件的动力学生长模型。

提出的方法

• 在仅含有镉配位酸盐和硫族元素的模板-与溶剂自由的各向同性熔体中合成 CdSe 和 CdS1-xSex 纳米片。
• 评估结果与纳米簇模板化机制的兼容性。
• 提出并应用一个生长动力学模型，显示在窄表面晶面上的生长被增强。
• 分析温度、成长时间和羧酸盐长度如何影响纳米片的形成。

实验结果

研究问题

• RQ1 纳米片是通过分子模板中的成核与融合形成，还是通过固有的生长动力学不稳定性形成？
• RQ2 没有模板的各向同性熔体是否能在基于 Cd 的系统中重现纳米片的形成？
• RQ3 合成参数（温度、时间、羧酸盐长度）如何影响纳米片的厚度和横向尺寸？
• RQ4 哪些机制能解释窄表面晶面的增强生长从而导致各向异性、板状的形状？

主要发现

• 纳米片在仅含镉羧酸盐和硫族元素的模板-和溶剂自由的各向同性熔体中形成。
• 观察到的形成与纳米簇模板化机制不相容。
• 一个动力学生增长模型通过固有不稳定性以及窄表面晶面的增强生长来解释形成。
• 该模型合理化了对温度、时间和羧酸盐长度的实验依赖关系。