Manipulation der photophysikalischen Eigenschaften von Quantenemittern

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	18 December 2020
Referee:	PD Dr. Jan Vogelsang and Prof. Dr. John M. Lupton
Date of exam:	25 February 2020
Institutions:	Physics > Institute of Experimental and Applied Physics > Chair Professor Lupton > Group John Lupton
Keywords:	Einzelpartikelspektroskopie, Quantenemitter, Photophysik, Nanopartikel / Single particle spectroscopy, quantum emitters, photophysics, nanoparticles
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 530 Physics
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	43341

Abstract (German)

Quantenemitter erzeugen großes Interesse in der Grundlagenforschung, beispielsweise aufgrund ihrer denkbaren Anwendung in sicheren kryptographischen Verfahren. In der vorliegenden Arbeit werden photophysikalische Eigenschaften verschiedener Quantenemitter mit Methoden der Einzelpartikelspektroskopie untersucht. Die betrachteten Systeme schließen sowohl organische Moleküle als auch hybride ...

Abstract (German)

Quantenemitter erzeugen großes Interesse in der Grundlagenforschung, beispielsweise aufgrund ihrer denkbaren Anwendung in sicheren kryptographischen Verfahren. In der vorliegenden Arbeit werden photophysikalische Eigenschaften verschiedener Quantenemitter mit Methoden der Einzelpartikelspektroskopie untersucht. Die betrachteten Systeme schließen sowohl organische Moleküle als auch hybride Perowskit-Nanokristalle ein.

Zunächst lassen sich die photophysikalischen Eigenschaften der Quantenemitter im Hinblick auf deren Umgebung und deren Wechselwirkung untereinander interpretieren. So gibt beispielsweise die Lebensdauer der beobachteten Fluoreszenz Hinweise auf stattfindende Energietransferprozesse zwischen den photophysikalischen Einheiten eines Polymers. Weitere beobachtete Parameter umfassen die spektrale Verteilung der Emission, die Intensität, die Photonenstatistik sowie das Auftreten von Dunkelzuständen und die Polarisation der Emission.
Die gewonnenen Erkenntnisse lassen sich in einem zweiten Schritt zur gezielten Manipulation dieser photophysikalischen Eigenschaften nutzen. So zeigt sich beispielsweise, dass die Anregung eines Farbstoffmoleküls durch Energietransfer von einem Perowskit-Nanokristall sich in der beobachteten Photonenstatistik, im Blinkverhalten und in der Fluoreszenz-Lebensdauer widerspiegelt. Diese gezielte Manipulation lässt sich einerseits nutzen, um Lumineszenz mit erwünschten Eigenschaften wie etwa möglichst reiner Einzelphotonenemission zu erzeugen. Andererseits geben die erzielten Ergebnisse Einblick in die fundamentale Funktionsweise der verwendeten Materialien.

Translation of the abstract (English)

Quantum emitters generate widespread interest in basic research, for instance through their conceivable use in cryptography. In the present work, photophysical properties of different quantum emitters are investigated using methods of single particle spectroscopy. The systems under consideration include both organic molecules and hybrid perovskite nanoparticles. First, photophysical properties ...

Translation of the abstract (English)

Quantum emitters generate widespread interest in basic research, for instance through their conceivable use in cryptography. In the present work, photophysical properties of different quantum emitters are investigated using methods of single particle spectroscopy. The systems under consideration include both organic molecules and hybrid perovskite nanoparticles.

First, photophysical properties of the quantum emitters are interpreted with respect to their environment and interactions with each other. For example, the lifetime of the excited state provides information about energy transfer taking place between the photophysical units of a polymer. Further observed parameters are the spectral distribution of the emission, its intensity, its polarization, the photon statistics and the occurrence of dark states.
In a second step, this knowledge can be used for the targeted manipulation of these photophysical properties. For instance, it is shown that the excitation of a dye molecule via energy transfer from a perovskite nanocrystal is reflected in the measured photon statistics, the blinking behavior and the fluorescence lifetime.
This targeted manipulation can be used on the one hand to generate luminescence with desired properties such as almost perfect single photon emission. On the other hand, the results obtained provide insight into the fundamental functioning of the materials used.

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