Optical properties and potential applications of doped semiconductor nanoparticles

Journal of Nanoscience and Nanotechnology

Volumn 4, Issue 8, 2004, Pages 919-947

  Chen, Wei ^a   Zhang, Jin Z ^b   Joly, Alan G ^c  

^a ICx Technologies   (United States)

^b UNIVERSITY OF CALIFORNIA   (United States)

^c PACIFIC NORTHWEST NATIONAL LABORATORY   (United States)

Author keywords

Confinement; Dopants; Energy Transfer; Luminescence; Nanoparticles; Semiconductors; Sensors; Spintronics; Upconversion

Indexed keywords

CONFINEMENT; DOPANTS; SPINTRONICS; UPCONVERSION;

CATHODOLUMINESCENCE; ELECTROLUMINESCENCE; ENERGY TRANSFER; MICROELECTRONICS; OPTICAL RESOLVING POWER; OPTICAL SENSORS; PARAMAGNETIC RESONANCE; SEMICONDUCTOR DOPING; SEMICONDUCTOR MATERIALS; X RAY SPECTROSCOPY;

NANOSTRUCTURED MATERIALS;

NANOTUBE;

CHEMISTRY; ELECTROCHEMISTRY; INSTRUMENTATION; LUMINESCENCE; METHODOLOGY; OPTICS; PHOTOCHEMISTRY; RADIATION EXPOSURE; REVIEW; SEMICONDUCTOR; ULTRASTRUCTURE;

ELECTROCHEMISTRY; LUMINESCENT MEASUREMENTS; NANOTUBES; OPTICS; PHOTOCHEMISTRY; SEMICONDUCTORS;

EID: 11244342414     PISSN: 15334880     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1166/jnn.2004.142     Document Type: Review

References (154)

1. G. Blasse and B. C. Grabmaier, Luminescent Materials, Springer-Verlag, New York (1994).
2. S. Shionoya and W. M. Yen, eds. Phosphor Handbook. CRC Press, New York (1999).
3. P. Balaz, M. Valko, E. Boldizarova, and J. Briancin, Mater. Lett. 57, 188 (2002).
4. H. S. Yang, P. H. Holloway, and B. B. Ratna, J. Appl. Phys. 93, 586 (2003).
5. T. A. Kennedy, E. R. Glaser, P. B. Klein, and R. N. Bhargava, Phys. Rev. B 52, 14356 (1995).
6. G. S. Counio, S. Esnouf, T. Gacoin, and J. P. Boilot, J. Phys. Chem. 100, 20021 (1996).
7. T. Igarashi, T. Isobe, and M. Senna, Phys. Rev. B 56, 6444 (1997).
8. N. Feltin, L. Levy, D. Ingert, and M. P. Pileni, J. Phys. Chem. B 103, 4 (1999).
9. P. Devisschere, K. Neyts, D. Corlatan, J. Vandenbossche, C. Barthou, P. Benalloul, and J. Benoit, J. Lumin. 65, 211 (1995).
10. R. N. Bhargava, J. Lumin. 70, 85 (1996).
11. J. Q. Yu, H. M. Liu, Y. Y. Wang, and W. Y. Jia, J. Lumin. 79, 191 (1998).
12. W. Chen, A. G. Joly, and J. Z. Zhang, Phys. Rev. B 64, 41202 (2001).
13. W. G. Becker and A. J. Bard, J. Phys. Chem. 87, 4888 (1983).
14. K. Sooklal, B. S. Cullum, S. M. Angel, and C. J. Murphy, J. Phys. Chem. 100, 4551 (1996).
15. L. D. Sun, C. H. Yan, C. H. Liu, C. S. Liao, D. Li, and J. Q. Yu, J. Alloys Comp. 277, 234 (1998).
16. D. D. Papakonstantinou, J. Huang, and P. Lianos, J. Mater. Sci. Lett. 17, 1571 (1998).
17. A. A. Khosravi, M. Kundu, L. Jatwa, S. K. Deshpande, U. A. Bhagwat, M. Sastry, and S. K. Kulkarni, Appl. Phys. Lett. 67, 2702 (1995).
18. J. M. Huang, Y. Yang, S. H. Xue, B. Yang, S. Y. Liu, and J. C. Shen, Appl. Phys. Lett. 70, 2335 (1997).
19. E. Hao, Y. P. Sun, B. Yang, X. Zhang, J. M. Liu, and J. C. Shen, J. Colloid. Interface Sci. 204, 369 (1998).
20. E. C. Hao, H. Zhang, B. Yang, H. Ren, and J. C. Shen, J. Colloid. Interface Sci. 238, 285 (2001).
21. A. A. Bol, J. Ferwerda, J. A. Bergwerff, and A. Meijerink, J. Lumin. 99, 325 (2002).
22. W. Chen, J. O. Malm, V. Zwiller, Y. N. Huang, S. M. Liu, R. Wallenberg, J. O. Bovin, and L. Samuelson, Phys. Rev. B 61, 11021 (2000).
23. M. Morita, D. Rau, H. Fujii, Y. Minami, S. Murakami, M. Baba, M. Yoshita, and H. Akiyama, J. Lumin. 87, 478 (2000).
24. Y. Wang and N. Herron, J. Phys. Chem. 95, 525 (1991).
25. W. Chen, A. G. Joly, and S. Wang, Luminescence of Semiconductor Nanoparticles, in Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology, edited by H. S. Nalwa, American Scientific Publishers, Los Angeles (2004).
26. C. M. Jin, J. Q. Yu, L. D. Sun, K. Dou, S. G. Hou, J. L. Zhao, Y. M. Chen, and S. H. Huang. J. Lumin. 66, 315 (1995).
27. R. N. Bhargava, D. Gallagher, X. Hong, and A. Nurmikko, Phys. Rev. Lett. 72, 416 (1994).
28. R. N. Bhargava, D. Gallagher, and T. Welker, J. Lumin. 60, 275 (1994).
29. H. E. Gumlich, J. Lumin. 23, 73 (1981).
30. A. A. Bol and A. Meijerink, Phys. Rev. B 58, R15997 (1998).
31. N. Murase, R. Jagannathan, Y. Kanematsu, M. Watanabe, A. Kurita, K. Hirata, T. Yazawa, and T. Kushida. J. Phys. Chem. B 103, 754 (1999).
32. B. A. Smith, J. Z. Zhang, A. Joly, and J. Liu, Phys. Rev. B 62, 2021 (2000).
33. J. H. Chung, C. S. Ah, and D.-J. Jang, J. Phys. Chem. B 105, 4128 (2001).
34. G. Counio, T. Gacoin, and J. P. Boilot, J. Phys. Chem. B 102, 5257 (1998).
35. J. Q. Yu, H. M. Liu, Y. Y. Wang, F. E. Fernandez, and W. Y. Jia, J. Lumin. 76, 252 (1998).
36. A. D. Dinsmore, D. S. Hsu, H. F. Gray, S. B. Qadri, Y. Tian, and B. R. Ratna, Appl. Phys. Lett. 75, 802 (1999).
37. W. Chen, R. Sammynaiken, and Y. N. Huang. J. Appl. Phys. 88, 5188 (2000).
38. W. Chen, R. Sammynaiken, Y. N. Huang, J. O. Malm, R. Wallenberg, J. O. Bovin, V. Zwiller, and N. A. Kotov, J. Appl. Phys. 89, 1120 (2001).
39. M. Konishi, T. Isobe, and M. Senna, J. Lumin. 93, 1 (2001).
40. K. Yan, C. K. Duan, Y. Ma, S. D. Xia, and J. C. Krupa, Phys. Rev. 558, 13585 (1998).
41. T. Toyama, D. Adachi, M. Fujii, Y. Nakano, and H. Okamoto, J. Non-Crystalline Solids, 299, 1111 (2002).
42. S. C. Hohng and D. S. Kim, Appl. Phys. Lett. 75, 3620 (1999).
43. L. Schrottke, R. Hey, and H. T. Grahn, Phys. Rev. B 60, 16635 (1999).
44. T. Kita, T. Nishino, C. Geng, F. Scholz, and H. Schweizer, J. Lumin. 87, 269 (2000).
45. A. Satake, Y. Masumoto, T. Miyajima, T. Asatsuma, and T. Hino, Phys. Rev. B 61, 12654 (2000).
46. F. Driessen, H. M. Cheong, A. Mascarenhas, S. K. Deb, P. R. Hageman, G. J. Bauhuis, and L. J. Giling, Phys. Rev. B 54, R5263 (1996).
47. H. M. Cheong, B. Fluegel, M. C. Hanna, and A. Mascarenhas, Phys. Rev. B 58, R4254 (1998).
48. Z. Chine, B. Piriou, M. Oueslati, T. Boufaden, and B. El Jani, J. Lumin. 82, 81 (1999).
49. S. A. Blanton, M. A. Hines, M. E. Schmidt, and P. Guyotsionnest, J. Lumin. 70, 253 (1996).
50. E. Poles, D. C. Selmarten, O. I. Micic, and A. J. Nozik, Appl. Phys. Lett. 75, 971 (1999).
51. I. V. Ignatiev, I. E. Kozin, H. W. Ren, S. Sugou, and Y. Matsumoto, Phys. Rev. B 60, R14001 (1999).
52. P. P. Paskov, P. O. Holtz, B. Monemar, J. M. Garcia, W. V. Schoenfeld, and P. M. Petroff, Appl. Phys. Lett. 77, 812 (2000).
53. H. X. Zhang, C. H. Kam, Y. Zhou, X. Q. Han, S. Buddhudu, and Y. L. Lam, Opt. Mater. 15, 47 (2000).
54. A. A. Bol, R. van Beek, and A. Meijerink, Chem. Mater. 14, 1121 (2002).
55. H. J. R. Dutton, Understanding Optical Communications, Prentice Hall PTR, Upper Saddle River, N.J. (1998).
56. G. P. Agrawal, Fiber-Optic Communication Systems. 2nd ed. Wiley Series in Microwave and Optical Engineering, Wiley, New York. (1997), pp. xviii, 555.
57. W. Chen, A. G. Joly, J.-O. Malm, and J.-O. Bovin, J. Appl. Phys. 95, 667 (2004).
58. M. D. Bhise and M. Katiya, J. Appl. Phys. 67, 1492 (1990).
59. A. D. Dinsmore, D. S. Hsu, S. B. Qadri, J. O. Cross, T. A. Kennedy, H. F. Gray, and B. R. Ratna, J. Appl. Phys. 88, 4985 (2000).
60. A. G. Joly, W. Chen, J. Roark, and J. Z. Zhang, J. Nanosci. Nanotech. 1, 295 (2001).
61. D. A. Schwartz, N. S. Norberg, Q. P. Nguyen, J. M. Parker, and D. R. Gamelin, J. Am. Chem. Soc. 125, 13205 (2003).
62. P. V. Radovanovic and D. R. Gamelin, Phys. Rev. Lett. 91, 157202 (2003).
63. C. S. Kim, M. Kim, S. Lee, J. Kossut, J. K. Furdyna, and M. Dobrowolska, J. Crys. Growth 214, 395 (2000).
64. R. S. Knox, Theory of Excitons, Solid State Physics Supplements, Academic Press, New York (1963).
65. Y. A. I. Ekimov, AL. L. Efros, and A. A. Onuschenko, Sol. Stat. Commun. 56, 921 (1985).
66. P. Alivisatos, J. Phys. Chem. 100, 13226 (1996).
67. J. Z. Zhang, Acc. Chem. Res. 30, 423 (1997).
68. X. H. Zhong, M. Han, Z. Dong, T. White, and W. Knoll, J. Am. Chem. Soc. 125, 8589 (2003).
69. M. Kasha, Disc. Faraday Soc. 9, 14 (1950).
70. J. D. Curthbert and D. G. Thomas, Phys. Rev. 154, 763 (1967).
71. K. Swiatek, M. Godlewski, and D. Hommel, Phys. Rev. B 42, 3628 (1990).
72. I. Rashba and G. E. Gurgenishvili, Soviet Phys.-Solid State 4, 759 (1962); C. H. Henry and K. Nassau, J. Lumin. 1, 299 (1970).
73. I. Rashba and G. E. Gurgenishvili, Soviet Phys.-Solid State 4, 759 (1962); C. H. Henry and K. Nassau, J. Lumin. 1, 299 (1970).
74. W. Chen, X. H. Zhang, and Y. Huang, Appl. Phys. Lett. 76, 2328 (2000).
75. C. Benecke and H. E. Gumlich, in Semiconductors and Semimetals, edited by J. K. Furdyna and J. Kossut, Academic Press, New York, (1988), Vol. 25, pp. 85-115.
76. A. Berger and H. Kohl, Optik 92, 175 (1993).
77. A. J. Gubbens and O. L. Krivanek, Ultramicroscopy 51, 146 (1993).
78. L. Levy, N. Feltin, D. Ingert, and M. P. Pileni, J. Phys. Chem. B 101, 9153 (1997).
79. R. A. Ford, E. Kauer, A. Rabenau, and D. A. Brown, Ber. Bunsenges. Phys. Chem. 61, 460 (1962); W. Giriat, Prog. Cryst. Growth and Charact. 10, 45 (1985).
80. R. A. Ford, E. Kauer, A. Rabenau, and D. A. Brown, Ber. Bunsenges. Phys. Chem. 61, 460 (1962); W. Giriat, Prog. Cryst. Growth and Charact. 10, 45 (1985).
81. T. Kushida, Y. Tanaka, and Y. Oka, J. Phys. Soc. Japan. 37, 1341 (1974).
82. A. P. Alivisatos, T. D. Harris, P. J. Carroll, M. L. Steigerwald, and L. E. Brus, J. Chem. Phys. 90, 3463 (1989).
83. M. C. Klein, F. Hache, D. Ricard, and C. Flytzanis, Phys. Rev. B 42, 11123 (1990).
84. R. Fuchs and K. L. Kliewer, Phys. Rev. A 140, 2076 (1965); J. J. Licar and R. Evrard, Phys. Rev. B 15, 2254 (1977).
85. R. Fuchs and K. L. Kliewer, Phys. Rev. A 140, 2076 (1965); J. J. Licar and R. Evrard, Phys. Rev. B 15, 2254 (1977).
86. B. K. Sood, J. Menendez, M. Cardona, and K. Ploog, Phys. Rev. Lett. 54, 3111 (1985).
87. K. Huang and B. Zhu, Phys. Rev. B 38, 13377 (1988).
88. B. K. Ridley, Phys. Rev. B 39, 5282 (1989).
89. S. V. Gaponenko, Optical Properties Semiconductor Nanocrystals, Cambridge University Press (1998).
90. S. V. Gaponenko, U. Woggon, A. Uhrig, W. Langbein, and C. Klingshirn, J. Lumin. 60, 302 (1994).
91. M. Nirmal, C. B. Murray, D. J. Norris, and M. G. Bawendi, Z. Phys. D 26, 361 (1993).
92. D. J. Norris, M. Nirmal, C. B. Murray, A. Sacra, and M. G. Bawendi, Z. Phys. D 26, 355 (1993).
93. D. Langer and S. Ibuki, Phy. Rev. A 138, 809 (1965).
94. K. Huang and A. Rhys, Proc. Roy. Soc. London A204, 406 (1950).
95. K. Huang, Progress in Physics (in Chinese), 1, 31 (1981).
96. A. Anastassiadou, E. Liarocapis, and E. Anastassakis, Sol. Stat. Commun. 69, 137 (1988).
97. N. P. Ersting, M. Kaschke, H. Weller, and L. Katsikas, J. Opt. Soc. Am. B 7, 1630 (1990).
98. Landolt-Borstein, Semiconductors, Vol. 17, Springer, Berlin (1983).
99. M. Godlewski, V. Y. Ivanov, P. J. Bergman, B. Monemar, Z. Golacki, and G. Karczewski, J. Alloys Comp. 341, 8 (2002).
100. J. Zhou, Y. Zhou, S. Buddhudu, S. L. Ng, Y. L. Lam, and C. H. Kam, Appl. Phys. Lett. 76, 3513 (2000).
101. T. Suski and W. Paul, High Pressure in Semiconductor Physics, Semiconductors and Semimetals, Vol. 54, Academic Press, San Diego (1998).
102. M. Tanaka, J. Lumin. 100, 163 (2002).
103. F. H. Su, B. S. Ma, Z. L. Fan, K. Ding, G. H. Li, and W. Chen, J. Phys. Condes. Matter 14, 12657 (2002).
104. K. Kosai, B. T. Fitzpatrick, H. G. Grimmeiss, R. N. Bhargava, and G. F. Neumak, Appl. Phys. Lett. 35, 194 (1979).
105. M. Tanaka and Y. Masumoto, Chem. Phys. Lett. 324, 249 (2000).
106. W. Chen, F. Su, G. Li, A. G. Joly, J.-O. Malm, and J.-O. Bovin, J. Appl. Phys. 92, 1950 (2002).
107. F. H. Su, B. S. Ma, Z. L. Fan, K. Ding, G. H. Li, and W. Chen, J. Phys. Chem. B. 107, 6991 (2003).
108. W. Chen, A. G. Joly, and J. Roark, Phys. Rev. B 65, 2454041 (2002).
109. G. A. Ozin, Adv. Mater. 4, 612 (1992).
110. G. L. House and H. G. Drickamer, J. Chem. Phys. 67, 3230 (1997).
111. P. Jaszcyňkopec, J. P. Pinceaux, M. Zigone, J. M. Kenedy, and A. Stadtmuller, Sol. Stat. Commun. 32, 473 (1979).
112. R. K. Cavin III, D. J. C. Herr, and V. V. Zhirnov, J. Nanopart. Res. 2, 213 (2000).
113. I.-H. Choi and P. Y. Yu, Phys. Stat. Sol. B 211, 143 (1999).
114. T. P. Cassagneau, B. Sweryda-Krawiec, and J. H. Fendler, MRS Bulletin, 25, 40 (2000).
115. V. L. Colvin, M. C. Schlamp, and A. P. Alivisatos, Nature 370, 354 (1994).
116. W. Chen, D. Grouquist, and J. Roark, J. Nanosci. Nanotech. 1, 47 (2002).
117. V. F. Agekyan, Phys. Solid State. 44, 1921 (2002).
118. C. Fouassier, Luminescence, Encyclopedia of Inorganic Chemistry, Edited by R. B. King, Wiley, New York, (1984), 4.
119. M. D. Bhise and M. Katiya, J. Appl. Phys. 67, 1492 (1990).
120. S. Itoh, H. Toki, Y. Sate, K. Morimoto, and T. Kishino, J. Electrochem. Soc. 138, 1509 (1991).
121. H. Choi, M. Ollinger, and R. K. Singh, Appl. Phys. Lett. 82, 2494 (2003).
122. M. H. Lee, S. G. Oh, S. C. Yi, D. S. Seo, J. P. Hong, C. O. Kim, Y. K. Yoo, and J. S. Yoo, J. Electrochem. Soc. 147, 3139 (2000).
123. J. Rodriguez-Viejo, K. F. Jensen, H. Mattoussi, J. Michel, B. O. Dabbousi, and M. G. Bawendi, Appl. Phys. Lett. 70, 2132 (1997).
124. L. Chen, P. J. Klar, W. Heimbrodt, F. Brieler, M. Froba, H.-A. Krug von Nidda, and A. Loidl, Physica E, 10, 368 (2001).
125. Y. Oka and K. Yanata, J. Lumin. 70, 35 (1996).
126. M. Nawrocki, Y. G. Rubo, J. P. Lascaray, and D. Coquillat, Phys. Rev. B 52, R2241 (1995).
127. R. Scheps, Prog. Quant. Electr. 20, 27 (1996).
128. E. Downing, L. Hesselink, J. Ralston, and R. M. Macfarlane, Science 273, 1185 (1996).
129. P. P. Feofilov and V. V. Ovsyankin, Appl. Opt. 6, 1828 (1967).
130. D. L. Dexter, J. Chem. Phys. 21, 836 (1953).
131. W. Chen, A. G. Joly, C. M. Kowalchuk, J.-O. Malm, Y. Huang, and J.-O. Bovin, J. Phys. Chem. B 106, 7034 (2002).
132. M. F. van Dijk and M. F. H. Schuurmans, J. Chem. Phys. 78, 5317 (1983).
133. L. H. Brixner, Mater. Chem. Phys. 16, 253 (1987).
134. B. Di Bartolo, J. Danko, and D. Pacheco, Phys. Rev. B 35, 6386 (1987).
135. D. Ferrand, A. Wasiela, S. Tatarenko, J. Cibert, G. Richter, P. Grabs, G. Schmidt, L. W. Molenkamp, and T. Dietl, Sol. Stat. Comm. 119, 237 (2001).
136. Y. Oka and K. Yanata, J. Lumin. 70, 35 (1996).
137. H.-A. Engel, P. Recher, and D. Loss, Sol. Stat. Comm. 119, 229 (2001).
138. R. Fledderling, M. Keim, G. Reuscher, W. Ossau, G. Schmidt, A. Wang, and L. W. Molenkamp, Nature 402, 787 (1999).
139. H. Akinaga and H. Ono, IEEE Trans. Nanotech. 1, 19. (2002).
140. Y. Pka, K. Kayanuma, S. Shirotori, A. Murayama, I. Souma, and Z. H. Chen, J. Lumin. 100, 175 (2002).
141. R. Wilkins, E. Ben-Jacob, and R. C. Jacklevic, Phys. Rev. Lett. 59, 109 (1989).
142. M. Oestreich, J. Hubner, D. Hagele, P. J. Klar, W. Heimbrodt, W. W. Ruhle, D. E. Ashenford, and B. Lunn, Appl. Phys. Lett. 74, 1251 (1999).
143. P. Sharma, A. Gupta, K. V. Rao, F. J. Owens, R. Sharma, R. Ahuja, J. M. O. Guillen, B. Johansson, and G. A. Gehring, Nat. Mater. 2, 673 (2003).
144. J. K. Furdyna, J. Appl. Phys. 64, R29 (1988).
145. B. L. Liu, M. Senes, S. Couderc, J. F. Bobo, X. Marie, T. Amand, C. Fontaine, and A. Arnoult, Physica E, 17, 358 (2003).
146. M. Nazmul, S. Ahsan, and M. Tanaka, Cond Mat. 0208299 (2003).
147. T. Dietl, H. Ono, F. Matsukura, J. Cibert, and D. Ferrand, Science 287, 1019 (2000).
148. Y. Matsumoto, et al., Science 291, 854 (2001).
149. K. Ueda, H. Tabata, and T. Kawai, Appl. Phys. Lett. 79, 988 (2001).
150. T. G. Thaler, et al., Appl. Phys. Lett. 80, 3964 (2002).
151. I. V. Ostrovskii and O. A. Korotchenkov, J. Phys. Chem. Sol. 61, 1321 (2000).
152. N. Karar, F. Singh, and B. R. Mehta, J. Appl. Phys. 95, 656 (2004).
153. W. Chen, A. G. Joly, J.-O. Malm, J.-O. Bovin, and S. Wang, J. Phys. Chem. B 10, 6544 (2003).
154. S. W. Allison and G. T. Gillies, Rev. Sci. Instrum. 68, 2615 (1997).