•  The  same  single  core  /  shell  semiconductor  nanocrystals  have  been  sequen7ally  imaged  using  fluorescence  spectroscopy  and  atomic  number  contrast  scanning  transmission  electron  microscopy  (Z-­‐STEM)  

•  This  imaging  technique  will  allow  inves7ga7on  of  the  structural  basis  for  single  nanocrystal  fluorescence  phenomena  including  blinking  behavior,  fluorescence  intensity  and  fluorescence  life7me  

•  An  enhanced  understanding  of  single  par7cle  behavior  will  allow  ra7onal  design  of  more  efficient  NCs  for  use  in  LEDs  

Needle  in  the  Hay:  Correla7ng  the  Atomic  Structure  of  a  Single  Core  /  Shell    Semiconductor  Nanocrystal  with  Its  Photophysical  Proper7es  

Noah  Orfield1,6,  James  R.  McBride1,6,  Joseph  D.  Keene1,6,  Sandra  J.  Rosenthal1-­‐7  

 1Departments  of  Chemistry,  2Interdisciplinary  Materials  Science,  3Physics  and  Astronomy,  4Pharmacology,  5Chemical  and  Biomolecular  Engineering,  and  6Vanderbilt  Ins7tute  for  Nanoscale  Science  and  Engineering,  Vanderbilt  University,  Nashville,  Tennessee  37235,  United  States.  7Materials  Science  and  Technology  Division,  Oak  Ridge  Na7onal  Laboratory,  Oak  Ridge,  Tennessee  37831,  United  States.  

 Background  and  Mo7va7on  for  this  Study  

Conclusions  and  Future  Direc7ons  

References  and  Funding  (1)  McBride  et  al,  Nano  Le(.  6  (7)  1496-­‐1501  2006  (2)  McBride  et  al,  Nano  Le(.  7  (10)  8358-­‐65  2013  (3)  Dukes  et  al,  J.  Phys.  Chem.  C  1115  4076-­‐81  2011  (4)  Kuno  et  al,  J.  Chem.  Phys.  112  (7)  3117-­‐20  2000  

This  work  is  funded  by  the  Na=onal  Science  Founda=on  grant  CHE1213758  

Le<:  Summa7on  of  1000  fluorescent  images  of  NCs  on  SiO2  TEM  grid  substrate,  collected  with  100  ms  acquisi7on  7me.  Right:  Projec7on  of  slice  indicated  by  red  line  in  the  adjacent  summa7on  figure  over  en7re  collec7on  7me,  illustra7ng  the  “on”  /  “off”  blinking  behavior  of  the  NCs.  

Incen=ve  for  Elucida=ng  Blinking  /  Structure  Correla=ons  •  Blinking  is  detrimental  to  the  implementa7on  of  semiconductor  

nanocrystals  (NCs)  in  solid  state  ligh7ng  devices  and  biological  tracking  •  Previous  studies  disregard  defects  and  irregulari7es  in  shape,  size  and  

structure  of  NCs,  instead  focusing  only  on  ensemble  photophysics  

Single  Nanocrystal  Fluorescence  Microscopy  •  Nanocrystals  on  a  SiO2  TEM  grid  are  excited  by  the  250  kHz,  400  nm  output  

of  a  Coherent  OPA  •  Nanocrystal  fluorescence  is  then  detected  by  an  Andor  EM-­‐CCD  camera  or  

a  TCSPC  system  for  single-­‐photon  detec7on  

Inves7ga7on  of  Atomic  Structure  Correla7on  of  Fluorescence  Microscopy  &  TEM  Le<:  Illustra7on  of  the  method  implemented  to  allow  correla7on  of  single  NCs  on  SiO2  TEM  windows.  1μm  polystyrene  beads  are  used  to  readily  iden7fy  corresponding  areas  on  both  the  op7cal  microscope  and  at  low  magnifica7on  on  TEM.  

These  Z-­‐STEM  images  correspond  to  the  labeled  NCs  which  were  iden7fied  via  correlated  op7cal  and  electron  microscopy.    

NC4

 NC2

  NC3  

NC6  

(a)  Close  up  of  a  region  of  the  fluorescence  image  of  individual  NCs.    (b)  HAADF  TEM  image  of  the  same  region.  (c)  Radial  filter  applied  to  the  image  shown  in  (b)  to  demonstrate  the  loca7on  of  NCs.  (d)  Cartoon  demonstra7ng  the  posi7on  of  polystyrene  fiducials  and  NCs.