The exciton lifetime of CdSe quantum dots (QDs) is dramatically longer than that of the bulk counterpart. This is because optically passive state (dark exciton) is involved in the exciton dynamics. In a CdSe QD, the asymmetry of the QD shape and the crystal structure lead to the mixing of spin states and the dark exciton can be observed. In addition, the dark-bright energy gap and the non-radiative lifetime also determine the exciton lifetime. They can be clarified by the temperature- and size-dependence of the exciton lifetimes in the QDs.
　The authors measured photoluminescence decay over a broad temperature range (1.3〜300K) and a wide size range (1.7〜6.3 nm diameters) for organically capped CdSe QDs, and investigated the temperature- and size-dependence of the exciton lifetime. The combined analysis of the decay curves and the integrated intensities allows three temperature regimes to be discerned, which are radiative regime (〜50K), quenching regime (50K〜250K), and antiquenching regime (250K〜). In radiative regime, the temperature- and size-dependence of the exciton lifetimes indicate the bright-dark energy gap and the dark exciton lifetime. They increase with decreasing the QD size, because of the increase of the confinement energies and stronger electron-hole exchange interaction.

　 　CdSe量子ドット中の励起子は、バルク結晶中に比べ、非常に長い寿命を持つ。それは、量子ドット中では遷移禁制である励起子(dark励起子)が励起子寿命に大きく関わってくることによる。CdSe量子ドットにおいては、量子ドットの形が非対称であることや、結晶構造の反転対称性がないことから、スピン準位がmixingを起こし、dark励起子が観測可能となる。また、励起子寿命は、dark-brightエネルギーギャップや非輻射緩和寿命によって決定される。これらは寿命の温度及びサイズ依存性によって明らかにすることができる。
　著者らは、有機物でキャップしたCdSe量子ドットを用いて、広いサイズ・温度範囲での発光時間減衰測定を行い、励起子寿命のサイズ・温度依存性を研究した。発光の減衰曲線と積分強度の温度依存性から、減衰過程は輻射型(〜50K)、クエンチ型 (50K〜250K)、逆クエンチ型(250K〜)の3つの型に分類された。輻射型における励起子寿命のサイズ・温度依存性からbright-darkのエネルギーギャップとdark励起子寿命を得た。その結果、量子ドットのサイズが小さくなるにつれて、閉じ込めエネルギーが増加し電子正孔交換相互作用が強くなるため、それらは増加することがわかった。

C. De Mello Donega, M. Bode, and A Meijerink
Physical Review B 74, 085320 (2006)