Spectroscopic avenues and photophysical phenomena in Colloidal Nanocrystals

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Colloidal semiconductor nanocrystals (NCs), owing to their size-tuneable electronic properties and solution processability, have long been proposed as versatile chemically synthesized alternatives for many photonic, optoelectronic, and quantum computational technologies as well as super-atomic functional building blocks for bottom-up assembled artificial metamaterials. Since their original discovery over 30 years ago, tremendous advancements in colloidal and surface chemistry, NC physics, and device application have brought this vision closer to reality. In this work I explore these photophysical phenomena in four different NC systems diversified by chemical composition and shapes. I studied the most favorable intrinsic ternary CuInS2 NCs which inherently offers heavy metal free, non-toxic alternatives to the existing Cd and Pb based materials with a large Stokes shift and long photoluminescence decay time. The origin of these optical properties in CuInS2 NCs were however not fully understood with conflicting theories describing its characteristic aforementioned properties. Here, subsequential to experimentally confirming the valence band fine structure origin of luminescence in these nanostructures, we utilized the optimized NCs and fabricated a large area Luminescent solar concentrator of 30ˣ30 cm2 area with record Optical Power Efficiency of 6.8% to the date. Then, I discuss the effects of electronic impurity doping in binary chalcogenide NCs synthesized by a novel seeded growth procedure resulting in quantized dopants in each NC thus overcoming the Poissionian bottleneck for their diluted magnetic semiconductor properties. Structural, spectroscopic, and magneto-optical investigations trace a comprehensive picture of the physical processes involved, resulting from the exact doping level of the NCs. Gold atoms, doped here for the first time through the reaction protocol into II−VI NCs, are found to incorporate as non-magnetic Au+ species activating intense size-tu
I nanocristalli colloidali a semiconduttore (NC), grazie alle loro proprietà ottiche regolabili tramite la dimensione ed alla processabilità in soluzione, sono state a lungo proposte come alternative versatili e sintetizzate chimicamente per numerose tecnologie fotoniche, optoelettroniche e quanto-computazionali, nonché come building-blocks funzionali e superatomici per metamateriali artificiali assemblati con approcci bottom-up. Dalla loro scoperta oltre 30 anni fa, enormi progressi nella chimica colloidale e superficiale, nella fisica dei NC e nelle applicazioni nei dispostivi, hanno portato queste proposte sempre più vicine alla realtà. In questo lavoro esploro i fenomeni fotofisici di quattro diversi sistemi di NC, differenziati dalla composizione chimica e dalla loro forma. Ho studiato i più promettenti NC ternari intrinseci di CuInS2 che in modo innato offrono alternative senza metalli pesanti e non tossiche ai materiali esistenti a base di Cd e Pb, caratterizzate da un ampio Stokes shift e lunghi tempi di decadimento di fotoluminescenza. L’origine di queste proprietà ottiche nei NC di CuInS2 non era però stata compresa, con teorie contrastanti che le descrivono. Qui, dopo aver confermato sperimentalmente l’origine della PL dovuta alla struttura fine della banda di valenza, abbiamo ottimizzato i NC per fabbricare un concentratore solare luminescente ad ampia area (30x30 cm2) con una efficienza di potenza ottica record del 6.8%. In seguito, discuto gli effetti del drogaggio ad impurezza elettronica in NC di calcogenuri binari sintetizzati tramite una innovativa procedura di crescita “a seme” che risulta in un numero preciso di droganti in ogni NC, quindi superando il limite poissoniano per le loro proprietà di semiconduttori magnetici diluiti (DMS). Studi strutturali, spettroscopici e magneto-ottici descrivono in dettaglio i processi fisici coinvolti, dovuti al livello di drogaggio esatto dei NC. Gli atomi d’oro, inseriti come droganti per la prima volta all’in
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Anand, A