Semiconductor nanocrystals assemblies templated with liquid crystals as macroscale polarized light emitters

Nanokryształy półprzewodnikowe zyskały duże zainteresowanie ze względu na ich unikalne właściwości optyczne, takimi jak wysoka wydajność kwantowa fluorescencji, wąskie pasmo emisji i wyższa stabilność niż w przypadku luminoforów organicznych. Cechy te sprawiają, że nanokryształy półprzewodnikowe są atrakcyjnymi emiterami światła dla różnych technologii optycznych. Szczególnie intersujące są dla zastosowań wymagających precyzyjnej kontroli polaryzacji światła emitowanego w cienkich filmach, np. w kryptografii, przesyłaniu danych, czy nowych generacji wyświetlaczy. Niniejsza rozprawa doktorska ma na celu przedstawienie efektywnej metodologii otrzymywania makroskopowych emiterów światła spolaryzowanego, wyróżniającą się uniwersalnością, skalowalnością i możliwością dynamicznego przełączania. Strategia ta oparta jest na połączeniu nanokryształów półprzewodnikowych z ciekłymi kryształami i organizowanie nanokryształów w cienkich filmach. W ramach pracy przedstawiam szereg działań na ścieżce do ostatecznego celu, począwszy od syntezy nanokryształów i ich funkcjonalizacji ligandami o charakterze podobnym do ciekłych kryształów, poprzez kształtowanie symetrii agregatów nanokryształów, a skończywszy na zaawansowanych badaniach struktury i właściwości optycznych uzyskanych materiałów. Innowacyjne aspekty pracy przejawiają się m.in. w opracowaniu nowej metody syntezy małych nanoprętów półprzewodnikowych, uzyskaniu przełączalnych źródeł światła anizotropowego, a także opracowaniu materiału wykazującego wysoce dyssymetryczną kołowo spolaryzowaną luminescencję.

Semiconductor nanocrystals gained great interest due to their unique optical properties and numerous potential applications. Their narrow emission bandwidth, quantum yield and stability better than those of organic luminophores make them appealing light emitters for various optical technologies. Particularly noteworthy are applications requiring precise control of the polarization of light emitted by thin films, e.g. cryptography, data storage, display technology, and others. This dissertation aims to present a unified methodology for obtaining thin films, and macroscopic emitters of polarized light by combining semiconductor nanocrystals with liquid crystals. I demonstrate a consistent path starting from the synthesis of nanocrystals and their functionalization with liquid crystal-like ligands, through shaping the symmetry of their assemblies using liquid crystalline materials, finalized with extended studies of optical properties of the obtained systems (fluorescence anisotropy, circular dichroism, circularly polarized luminescence). The novelty of the work includes obtaining macroscopic, anisotropic light sources, developing a new type of materials that exhibits circularly polarized luminescence, and formulation of a new method for synthesizing small semiconductor nanorods that can potentially contribute to materials exhibiting emission of light with a higher degree of polarization.