Fotoluminiscencia UV mejorada en Nanohilos de ZnO sobre grafito compactado

Abstract

Al estudiar la fotoluminiscencia en nanohilos de ZnO crecidos por el método detransporte en fase vapor sobre grafito compactado en un horno tubular bajo flujo de Ar y O se obtuvo un incremento de 2 órdenes de magnitud en la relación entre la emisión UV y la verde, comparada con resultados previamente obtenidos para nanohilos de ZnO crecidos sobre silicio. Presentamos una caracterización detallada de la morfología y propiedades de fotoluminiscencia de nanohilos donde no es necesaria la presencia de catalizadores metálicos sobre el sustrato dado que el crecimiento ocurre directamente sobre la superficie de carbono, en la forma de una lámina auto-sostenida de nanohilos de ∼ 60 nm de diámetro y longitudes entre 2 y 6 µm sin orientación preferencial. La composición química y la estequiometría, como así también las principales características de la densidad de estados en la banda de Valencia cercana al nivel de Fermi seestudiaron por espectroscopía de fotoelectrones por Rayos X. Para entender la inmensa mejora en la emisión UV estudiamos la dependencia de la fotoluminiscencia con la potencia de excitación, comparando con un cristal de ZnO y otros nanohilos con menor relación UV-verde, prestando particular atención a la dinámica de activación de los picos de fotoluminiscencia, para determinar la existencia o no de efectos de laseado como posibles responsables de la emisión mejorada. Finalmente comparamos con la morfología y fotoluminiscencia de nanohilos de ZnO también crecidos sobre grafito compactado pero en otra configuración dentro del horno, para los que se obtuvo menor relación UV-verde. Simulamos la dinámica del fluido y las trayectorias de las partículas dentro del horno durante el proceso de crecimiento, encontrando que la orientación del portamuestras es crucial en las propiedades de los nanohilos resultantes, puesto que afecta la velocidad de las partículas y por consiguiente la velocidadde crecimiento y densidad de defectos sobre la superficie de los nanohilos.