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Method Article
이 논문은 시간 분해 광발광에 대한 실험적 방법을 제시합니다. 많은 단일 광자 계수 설정에 사용되는 하드웨어에 대해 설명하고 기본 방법을 제시합니다. 이는 학생과 실험자가 주요 시스템 매개변수와 시간 분해 광발광 설정에서 이를 올바르게 설정하는 방법을 이해하는 데 도움이 되도록 고안되었습니다.
TRPL(Time-resolved photoluminescence)은 일반적으로 반도체 나노 결정 및 발광 물질의 광물리학을 이해하기 위한 핵심 기술입니다. 이 작업은 SPC(Single-Photon-Counting) 시스템을 사용하여 나노결정 및 관련 재료에 TRPL을 설정하고 수행하기 위한 입문서입니다. 측정에서 기본적인 오류 원인은 실험 설정 및 교정을 고려하여 피할 수 있습니다. 검출기 속성, 계수 속도, 스펙트럼 응답, 광학 설정에서의 반사 및 단일 광자 계수를 위한 특정 계측 설정에 대해 설명합니다. 이러한 세부 사항에 주의를 기울이면 재현성을 보장하는 데 도움이 되며 SPC 시스템에서 최상의 데이터를 얻는 데 필요합니다. 프로토콜의 주요 목적은 TRPL 학생이 많은 일반적인 단일 광자 계수 설정에서 유용한 TRPL 데이터를 얻기 위해 일반적으로 이해해야 하는 실험 설정 및 주요 하드웨어 매개변수를 이해하도록 돕는 것입니다. 두 번째 목적은 실험용 시간 분해 발광 분광법을 연구하는 학생을 위한 응축 입문서 역할을 하는 것입니다.
TRPL(Time-resolved photoluminescence)은 발광 물질의 광물리학을 연구하기 위한 중요하고 표준적인 방법입니다. TRPL 측정 시스템은 실험자가 구성한 개방형 설정일 수도 있고 제조업체에서 직접 구매한 독립형 장치일 수도 있습니다. 개방형 설정은 더 많은 실험 제어와 유용한 데이터를 수집하는 추가 방법을 허용하기 때문에 "폐쇄 상자" TRPL 장치보다 우수한 것으로 간주됩니다. 그러나 그들은 측정에 대한 보다 완전한 이해를 요구합니다. TRPL은 발광 소자 개발에 널리 사용되며 반도체 나노 결정 및 기타 발광 물질의 기본 방출 스펙트럼과 함께 항상보고되어야합니다. TRPL을 수행하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 이 입문서는 단일 광자 계수 시스템에 중점을 둡니다.
시작하기 전에 여러 이전 작업을 인정하는 것이 중요합니다. 첫째, Joseph Lakowicz1의 Principles of Fluorescence Spectroscopy는 TRPL 방법에 대한 장이 포함된 대규모 개요서입니다. Ashutosh Sharma의 Introduction to Fluorescence Spectroscopy에는 화학자와 생물학자가 주로 사용하는 시간 및 위상 분해 형광계2에 대한 다소 오래된 장이 포함되어 있습니다. 형광 분광법: 새로운 방법 및 응용분야 3은 20년이 넘었지만 여전히 가치가 있습니다. 최신 정보 및 개선 사항은 핸드북 및 기술 노트 4,5,6,7,8에서 찾을 수 있습니다. TRPL 방법 9,10,11,12,13,14,15에 대한 일반적인 소개에 전념하는 훌륭한 장, 리뷰 및 전자 책도 있습니다.
단일 광자 계수(SPC) 방법이 일반적이고 널리 사용되지만, 형광 분광법 학생들이 좋은 데이터를 얻기 위해 배워야 하는 몇 가지 개념이 있습니다. 여기의 원칙은 일반적이며 광범위한 SPC 실험에 적용할 수 있습니다. 물론 일단 데이터가 수집되면 피팅 알고리즘과 방법은 또 다른 필수 기술입니다. TRPL 모델 피팅은 매우 중요하며, 이전의 많은 연구가 이 특정 문제에 특별히 초점을 맞추었음에도 불구하고 종종 부적절하게 수행되었습니다 16,17,18,19. 그러나 본 연구는 주로 TRPL의 실험적 측면에 초점을 맞추고 있습니다.
이 작업의 근거는 일반적인 SPC(Single-Photon-Counting) 모듈을 사용하여 TRPL을 수행하기 위한 포괄적인 가이드를 개발하는 것입니다. 이러한 시스템은 기술적으로 복잡하기 때문에 기본 실험 변수를 잘 이해하는 것은 데이터 수집을 최적화하고 피할 수 있는 인공물의 출현을 최소화하는 데 중요합니다. 광학 Kerr 게이팅과 같은 기술 및 줄무늬 카메라와 같은 장비는 초고속 TRPL15에 대한 특별한 기회를 제공하지만, SPC 분야의 최근 기술 개발로 인해 거의 모든 실험 광학 실험실에서 나노초 및 나노초 미만의 TRPL에 쉽게 액세스할 수 있습니다. SPC는 또한 광 다이오드-오실로스코프 조합과 같은 이전 방법에 비해 속도와 해상도가 향상되었습니다.
1. 준비
2. 설정 및 사전 정렬
참고: 이러한 단계의 대부분은 새 설정을 빌드하는 경우에만 필요합니다.
주의 : 정렬을 할 때 적절한 레이저 보안경을 착용하십시오. 장신구나 손목시계와 같은 반사되는 개인 물품을 제거하십시오. 감지기가 너무 많은 빛에 노출되거나 부적절한 입력 볼륨을 사용하는 경우 장비 손상이 발생할 수 있습니다.tages 특정 장비에 대해.
3. TRPL 분광법
표준 SPC 감쇠 곡선은 그림 3에 나와 있습니다. 초기 상승은 피크가 0 시간에 해당하도록 이동되었습니다(전자 및 광학 지연으로 인해 원시 데이터에서는 그렇지 않음). 신호 대 배경 비율은 약 100인데, 이 샘플은 수명이 길지만 인광이 약하기 때문입니다. 약한 반사는 로그 스케일에서 명확하게 관찰할 수 있으며, 이는 메인 TRPL 피크 이후 약 50ns 후에 ...
모든 SPC 설정에는 사용자가 이해해야 하는 몇 가지 중요한 사용자 제어 매개변수가 있습니다. 이러한 매개변수는 TRPL에 대한 SPC 방법의 한계를 설명하고, 문제가 발생할 경우 사용자가 설정 문제를 더 쉽게 해결할 수 있도록 하며, 양호한 데이터 수집에 효과적으로 필요한 중요한 단계를 이해하는 데 도움이 됩니다. 더욱이, 다른 샘플은 종종 다른 시스템 설정을 필요로 ?...
저자는 경쟁하는 재정적 이해관계가 없다고 선언합니다.
캐나다 자연과학 및 공학 연구 위원회(Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada)는 이 연구를 위한 자금을 제공합니다. 그림 3 의 피팅을 수행해 준 Xiaoyuan Liu와 희토류 도핑된 페로브스카이트 샘플을 제공한 Dundappa Mumbaraddi에게 감사드립니다. Reference20 을 사용할 수 있도록 해준 Julius Heitz에게 감사드립니다.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
AOM | Isomet | 1260C | |
Laser | Alphalas | Picopower | |
Laser | Coherent | Enterprise | |
MCS | Becker-Hickl | PMS-400 | |
PMT | Becker-Hickl | HPM100-50 | |
PMT | Hamamatsu | H-7422 | |
SPCM | Becker-Hickl | EMN130 |
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