Punct cuantic

Puncte cuantice coloidale iradiate cu lumină ultravioletă. Punctele cuantice de diferite dimensiuni emit lumină cu o lungime de undă diferită și, prin urmare, culoare, datorită închiderii cuantice.

Diagrama unui punct cuantic. Electronii (sau găurile) sunt limitați în regiunea întunecată.

Un punct cuantic sau punct cuantic (engleză quantum dot) la care este denumit și un atom artificial este o nanostructură formată prin includerea unui semiconductor material, cu o anumită bandă interzisă și cu dimensiuni tipice comparabile cu lungimea de undă de De Broglie , în interior. un alt semiconductor cu un spațiu de bandă mai mare. Această structură generează un puț cu potențial tridimensional care limitează purtătorii de sarcină , electronii și găurile , la o mică regiune a spațiului în care nivelurile de energie devin discrete. Această din urmă proprietate a condus la asocierea dintre punctele cuantice și atomi generând pseudonimul „atomi artificiali”.

Printre posibilele utilizări se numără implementarea qubiturilor necesare unui computer cuantic și studiul stării condensate a lui Bose - Einstein . O altă utilizare posibilă este ca rezervă energetică, ca sursă de lumină, ca element pentru producția de celule fotovoltaice la prețuri reduse sau în domeniul nanomedicinei pentru transportul chimioterapicelor.

Descriere

Punctele cuantice mici, ca semiconductori nanocristaline în soluție coloidală , au dimensiuni cuprinse între 2 și 10 nanometri, corespunzând aproximativ 10-50 atomi în diametru și pot atinge un total de 100 - 100.000 atomi.

Punctele cuantice auto-asamblate au o dimensiune de 10-50 nanometri; cele definite de litografia electronică au dimensiuni mai mari în jur de 100 nm.

Punctele cuantice pot fi contrastate cu alte nanostructuri din semiconductori:

• fire cuantice ( fire cuantice), în care electronii sau golurile sunt limitate în două direcții spațiale, permițând propagarea liberă într-o a treia.
• puțuri cuantice ( puțuri cuantice), în care electronii sau golurile sunt limitate într-o direcție și se pot deplasa în celelalte două dimensiuni.

Atomi artificiali

Punctele cuantice care conțin electroni pot fi, de asemenea, comparate cu atomii: ambii au un spectru de energie discret și conțin un număr mic de electroni, dar, spre deosebire de atomi, potențialul de confinare al punctelor cuantice nu prezintă neapărat simetrie sferică. Mai mult, electronii limitați nu se mișcă în spațiul liber, ci în interiorul cristalului semiconductor care îi găzduiește.

În august 2020, a fost publicat un articol în Nature Physics, în care unii cercetători creează primii atomi artificiali ținând împreună excitați (electroni și găuri) prin schimbul de fotoni ^{[1] [2]}

Aplicații

Flacoane conținând puncte cuantice fabricate industrial. Punctele cuantice prezentate au vârfuri de emisie la diferite lungimi de undă, în trepte de 10 nm.

• Punctele cuantice sunt utilizate ca surse de fotoni unici.
• Folosind puncte cuantice, Laboratoarele Fujitsu au dezvoltat un semiconductor optic capabil să redeseneze forma de undă a semnalelor optice la viteză mare (aproximativ 40 Gbps ). Regenerarea 3R optică ^{[ fără sursă ]} .
• Prin exploatarea diferitelor emisii de valuri ale punctelor cuantice, unele mărci cunoscute au reușit să creeze televizoare cu o redare a culorilor foarte ridicată, cum ar fi SUHD- ul Samsung sau cel mai recent model prezentat la TCL CES 2015 ^[3] .

Notă

Bibliografie

• ( EN ) MA Reed, JN Randall, RJ Aggarwal, RJ Matyi, TM Moore și AE Wetsel, Observarea stărilor electronice discrete într-o nanostructură semiconductoare cu dimensiuni zero , în Phys. Rev. Lett. , Vol. 60, n. 6, 1988, pp. 535-537. PDF
• ( EN ) MA Reed, Quantum Dots , în Scientific American , nr. 268, 1993, pp. 118-123. PDF
• Murray, CB, Norris, DJ și Bawendi, MG Sinteza și caracterizarea nanocristalitelor semiconductoare CdE (E = S, Se, Te) aproape monodisperse J. Am. Chem. Soc. 115, 8706-8715, 1993.
• Peng, ZA, Peng, X.; Formarea nanocristalelor de înaltă calitate CdTe, CdSe și CdS folosind CdO ca precursor (123), J. Am. Chem. Soc., 2001, 183-184.
• Wang, C., Shim, M. și Guyot-Sionnest, P. Puncte cuantice nanocristal electrochromice. , Știința 291 2390-2392 (2001).
• Michalet, X. & Pinaud, FF & Bentolila, LA & Tsay, JM & Doose, S. & Li, JJ & Sundaresan, G. & Wu, AM & Gambhir, SS & Weiss, S. (2005, 28 ianuarie). Puncte cuantice pentru celule vii, imagini in vivo și diagnostice. În Știință, 307 , 538 - 544.
• Shim, M. și Guyot-Sionnest, P. Nanocristale semiconductoare coloidale de tip N. , NATURA 407 (6807): 981-983 OCT 26 2000
• WE Buhro și VL Colvin, nanocristale semiconductoare: contează forma , Nat. Mater., 2003, 2, 138 139.
• S. Bandyopadhyay și AE Miller (2001). „Matrice de nanostructuri comandate auto-asamblate electrochimic: puncte, liniuțe și fire cuantice”, Manual de materiale și dispozitive electronice și fotonice avansate , 6 .
• Multiplicarea purtătorului cu eficiență ridicată în nanocristalele PbSe: implicații pentru conversia energiei solare ^{[ link rupt ]} RD Schaller și VI Klimov, Phys. Rev. Lett. 92, 186601 (2004)
• Michael J. Bowers II, James R. McBride și Sandra J. Rosenthal (2005). Emisia de lumină albă de la nanocristalele de selenură de cadmiu de dimensiuni magice , Jurnalul Societății Americane de Chimie, 18 octombrie 2005.

Elemente conexe

• Celule solare
• Calcul cuantic
• Panouri fotovoltaice
• Cuantic bine
• Fir cuantic
• Exciton

Alte proiecte

• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre Quantum Dot

linkuri externe

• Nanopatterning of Quantum Dots , pe logikbase.com (arhivat din original la 27 septembrie 2007) .
• Cum funcționează punctele cuantice - animații flash , la evidenttech.com:80 . Adus la 7 noiembrie 2018 (Arhivat din original la 20 ianuarie 2015) .
• Curba de dimensionare pentru nanocristale CdSe , la nn-labs.com . Adus la 22 februarie 2007 (arhivat din original la 26 octombrie 2007) .
• Curba de dimensionare pentru nanocristale CdS , la nn-labs.com . Adus la 22 februarie 2007 (arhivat din original la 26 octombrie 2007) .
• Punctele cuantice care produc lumină albă ar putea fi succesorul becului , pe exploration.vanderbilt.edu . Adus la 22 februarie 2007 (arhivat din original la 13 iunie 2006) .
• Baza de date nanomateriale , la nanowerk.com .
• Dispozitivul cu puncte cuantice numără singuri electroni - New Scientist
• Puncte mai ieftine: un nou proces reduce costul punctelor cuantice Revista Scientific American (decembrie 2005)
• Punct cuantic pe arxiv.org , pe xstructure.inr.ac.ru .

Portalul chimiei

Portalul de fizică

Portal de inginerie