ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
PHẠM THANH HƢƠNG
HIỆU ỨNG GIAM GIỮ LƢỢNG TỬ
TRONG CÁC HẠT NANO ZnS PHA TẠP Mn
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội - 2015
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
PHẠM THANH HƢƠNG
HIỆU ỨNG GIAM GIỮ LƢỢNG TỬ
TRONG CÁC HẠT NANO ZnS PHA TẠP Mn
Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết và vật lý toán
Mã số: 60440103
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Cán bộ hƣớng dẫn: PGS. TS Phạm Văn Bền
Hà Nội - 2015
LỜI CẢM ƠN
Thực hiện đề tài về tính toán mô phỏng và xác định các đặc trưng quang của
vật liệu nano để làm rõ hiệu ứng giam giữ lượng tử tại Bộ môn Quang lượng tử,
Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, em đã nhận được sự quan tâm,
giúp đỡ, chỉ bảo hết sức tận tình của các Thầy, Cô trong bộ môn, để hoàn thành
luận văn này.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành, sâu sắc nhất tới PGS.TS Phạm Văn Bền –
người Thầy đã luôn luôn tận tình,theo sát từng bước trong thời gian em học tập và
làm luận văn. Thầy đã hướng dẫn, giúp đỡ và hỗ trợ em trong suốt quá trình hoàn
thành luận văn này.
Em xin gửi lời cảm ơn các thày, cô của Bộ môn Vật lý lý thuyết và vật lý
Toán đã truyền đạt cho em những kiến thức hết sức quý giá giúp em hoàn thành
luận văn này.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã tận tình giúp
đỡ, động viên, tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập và thực
hiện luận văn nghiên cứu của mình. Luận văn được hoàn thành với sự tài trợ của đề
tài NAFOSTED (Number 103.01-2015.22)
Hà Nội, tháng 11 năm 2015
Học viên
Phạm Thanh Hương
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC TINH THỂ VÀ VÙNG NĂNG
LƢỢNG CỦA VẬT LIỆU NANO ZnS PHA TẠP Mn ......................................... 2
1.1 Giới thiệu chung về vật liệu nano ...................................................................... 2
1.1.1 Vật liệu nano là gì .............................................................................................. 2
1.1.2 Phân loại vật liệu nano ...................................................................................... 2
1.1.3 Đặc điểm của vật liệu nano ................................................................................ 3
1.1.4 Ứng dụng của vật liệu nano ............................................................................... 4
1.2 Cấu trúc tinh thể của vật liệu nano ZnS ........................................................... 4
1.2.1 Cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt (hay sphalerite, zinblende). .................. 5
1.2.2 Cấu trúc tinh thể lục giác (hay wurzite) ............................................................ 6
1.3 Cấu trúc vùng năng lƣợng của vật liệu nano ZnS ........................................... 6
1.4 Ảnh hƣởng của Mn lên cấu trúc tinh thể và vùng năng lƣợng của ZnS. ....... 9
CHƢƠNG 2. HIỆU ỨNG GIAM GIỮ LƢỢNG TỬ TRONG CÁC HẠT
NANO ZnS PHA TẠP Mn ..................................................................................... 11
2.1 Năng lƣợng, hàm sóng và mật độ trạng thái của các hạt tải điện điện tử, lỗ
trống trong các hạt nano (hệ không chiều hay chấm lƣợng tử) .......................... 11
2.2 Hiệu ứng giam giữ lƣợng tử trong các hạt nano ZnS pha tạp Mn ............... 16
2.2.1 Sự dịch bờ hấp thụ và đỉnh phát quang ........................................................... 16
2.2.2 Sự tăng cường độ phát quang .......................................................................... 19
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................... 21
Phần I Tính toán mô phỏng về bán kính exciton Bohr, độ rộng vùng cấm và
kích thƣớc hạt trung bình của vật liệu nano ZnS, ZnS:Mn ................................ 21
3.1 Xác định bán kính exciton Bohr ...................................................................... 21
3.2 Xác định độ rộng vùng cấm.............................................................................. 21
3.3 Xác định kích thƣớc hạt trung bình ................................................................ 24
Phần II Khảo sát hiệu ứng giam giữ lƣợng tử trong các hạt nano ZnS:Mn .... 27
3.4 Mẫu nghiên cứu và thiết bị thực nghiệm ........................................................ 30
3.4.1 Mẫu nghiên cứu ................................................................................................ 30
3.4.2 Thiết bị thực nghiệm ......................................................................................... 30
3.5 Cấu trúc tinh thể và hình thái học của các hạt nano ZnS pha tạp Mn ........ 30
3.5.1 Phổ X- Ray ....................................................................................................... 30
3.5.2 Ảnh TEM .......................................................................................................... 32
3.7 Phổ phát quang của các hạt nano ZnS pha tạp Mn ........................................... 36
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 44
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 46
PHỤ LỤC ................................................................................................................. 49
