Kuantum noktaları yeni bir görüntüleme teknolojisidir. Fotolüminesan kuantum noktaları. Kuantum noktaları ve Samsung QLED

almak için Genel fikir maddi nesnelerin özellikleri ve herkesin aşina olduğu makro dünyanın "yaşadığı" yasalar hakkında, yüksekten mezun olmak hiç gerekli değildir. Eğitim kurumuçünkü her gün herkes tezahürleriyle karşı karşıya kalıyor. olmasına rağmen Son zamanlarda Destekçileri mikro ve makro dünyaların çok benzer olduğunu iddia eden benzerlik ilkesinden giderek daha fazla bahsediliyor, ancak yine de bir fark var. Bu, özellikle çok küçük gövde ve nesne boyutlarında fark edilir. Bazen nanodotlar olarak adlandırılan kuantum noktaları, bu durumlardan sadece bir tanesidir.

azdan az

Hatırlayalım klasik cihaz hidrojen gibi bir atom. İçinde pozitif yüklü bir protonun varlığından dolayı artı, yani +1 olan bir çekirdek içerir (çünkü hidrojen periyodik tablodaki ilk elementtir). Buna göre, bir elektron (-1) çekirdekten belirli bir mesafede bulunur ve bir elektron kabuğu oluşturur. Açıkçası, değeri artırırsanız, bu yeni elektronların eklenmesini gerektirecektir (hatırlayın: genel olarak atom elektriksel olarak nötrdür).

Her bir elektron ile çekirdek arasındaki mesafe, negatif yüklü parçacıkların enerji seviyeleri tarafından belirlenir. Her yörünge sabittir, parçacıkların toplam konfigürasyonu malzemeyi belirler. Elektronlar bir yörüngeden diğerine atlayabilir, bir frekanstaki veya diğerindeki fotonlar aracılığıyla enerjiyi emebilir veya serbest bırakabilir. En uzak yörüngeler, maksimum enerji seviyesine sahip elektronları içerir. İlginç bir şekilde, fotonun kendisi, aynı anda kütlesiz bir parçacık ve elektromanyetik radyasyon olarak tanımlanan ikili bir doğa sergiliyor.

"Foton" kelimesinin kendisi Yunanca kökenlidir, "ışık parçacığı" anlamına gelir. Bu nedenle, bir elektron yörüngesini değiştirdiğinde, bir miktar ışık emdiği (serbest bıraktığı) iddia edilebilir. Bu durumda, başka bir kelimenin anlamını açıklamak uygun olur - "kuantum". Aslında, karmaşık bir şey yok. Kelime, kelimenin tam anlamıyla şu şekilde tercüme edilen Latince "kuantum" kelimesinden gelir. en küçük değer herhangi fiziksel miktar(burada - radyasyon). Bir örnekle kuantumun ne olduğunu açıklayalım: eğer ağırlık ölçülürken bölünemez en küçük miktar bir miligram ise, buna böyle denilebilir. Karmaşık gibi görünen bir terim işte bu kadar basit bir şekilde anlatılıyor.

Kuantum Noktaları Açıklaması

Genellikle ders kitaplarında bir nanodot için aşağıdaki tanımı bulabilirsiniz - bu, boyutu bir elektronun yayılan dalga boyunun büyüklüğü ile karşılaştırılabilir olan herhangi bir malzemenin son derece küçük bir parçacığıdır (tam spektrum 1 ila 10 nanometre arasındaki sınırı kapsar). İçinde, tek bir negatif yük taşıyıcısının değeri dışarıdan daha azdır, bu nedenle elektronun hareketi sınırlıdır.

Ancak "kuantum noktaları" terimi farklı şekilde açıklanabilir. Bir fotonu emen bir elektron, daha yüksek bir enerji seviyesine "yükselir" ve onun yerine bir "eksiklik" oluşur - sözde delik. Buna göre, elektronun -1 yükü varsa, o zaman deliğin +1'i vardır. Önceki kararlı duruma geri dönme çabası içinde, elektron bir foton yayar. Bu durumda "-" ve "+" yük taşıyıcılarının bağlantısına eksiton denir ve fizikte parçacık olarak anlaşılır. Büyüklüğü, emilen enerjinin seviyesine bağlıdır (daha yüksek yörünge). Kuantum noktaları tam olarak bu parçacıklardır. Bir elektron tarafından yayılan enerjinin frekansı, doğrudan verilen malzemenin parçacık boyutuna ve eksitonuna bağlıdır. Unutulmamalıdır ki, insan gözünün ışığı renk algılaması farklı temellere dayanmaktadır.

LED, LCD, OLED, 4K, UHD... şu anda TV endüstrisinin ihtiyacı olan son şey başka bir teknik kısaltma gibi görünüyor. Ancak ilerleme durdurulamaz, birkaç harfle daha tanışın - QD (veya Quantum Dot). Fizikteki "kuantum noktaları" teriminin televizyonlar için gerekenden daha geniş bir anlama sahip olduğunu hemen not ediyorum. Ancak nanofiziksel olan her şey için mevcut moda ışığında, büyük şirketlerin pazarlamacıları bu zor olanı mutlu bir şekilde uygulamaya başladılar. bilimsel kavram. Bu nedenle, ne tür kuantum noktaları olduklarını ve neden herkesin bir QD TV satın almak isteyeceğini anlamaya karar verdim.

İlk olarak, basitleştirilmiş bir biçimde küçük bir bilim. " kuantum noktası» - elektriksel özellikleri boyutuna ve şekline bağlı olan bir yarı iletken (wiki). Kuantum boyutu etkilerinin telaffuz edilebileceği kadar küçük olmalıdır. Ve bu etkiler tam da bu noktanın boyutuna göre düzenlenir, yani. "boyutlardan", eğer bu kelime bu kadar küçük nesneler için geçerliyse, yayılanın enerjisi, örneğin foton, aslında renge bağlıdır.

Daha da tüketici terimleriyle, bunlar aydınlatıldıklarında belirli bir spektrumda parlamaya başlayacak olan küçük parçacıklardır. İnce bir film üzerine uygulanıp "ovulursa", ardından aydınlatılırsa, film parlak bir şekilde parlamaya başlar. Teknolojinin özü, bu noktaların boyutunun kontrol edilmesinin kolay olmasıdır, bu da tam rengi elde etmek anlamına gelir.

Aslında büyük şirketlerin hangi ismi seçtikleri o kadar da önemli değil, asıl olan tüketiciye ne vermesi gerektiği. Ve burada vaat oldukça basit - geliştirilmiş renk üretimi. "Kuantum noktalarının" bunu nasıl sağlayacağını daha iyi anlamak için LCD ekranın tasarımını hatırlamanız gerekir.

kristalin altındaki ışık

Bir LCD TV (LCD) üç ana bölümden oluşur: beyaz bir arka ışık, renk filtreleri (parıltıyı kırmızı, mavi ve yeşil renkler) ve bir sıvı kristal matris. İkincisi, küçük pencerelerden oluşan bir ızgaraya benziyor - sırayla üç alt pikselden (hücreler) oluşan pikseller. Likit kristaller, panjurlar gibi ışık akısını engelleyebilir veya tam tersine tamamen açılabilir, ara durumlar da vardır.

LED'lerin yaydığı beyaz ışık (LED, günümüzde zaten bu özelliğe sahip bir TV bulmak zor. floresan lambalar, sadece birkaç yıl önce olduğu gibi), örneğin yeşil ve kırmızı hücreleri kapalı olan bir pikselden geçer, sonra şunu görürüz: Mavi renk. Her RGB pikselinin "katılım" derecesi değişir ve böylece renkli bir resim elde edilir.

Tahmin edebileceğiniz gibi, bir görüntüde renk kalitesini sağlamak için en az iki şey gereklidir: doğru renk filtreleri ve tercihen geniş bir spektrum ile uygun beyaz arka plan aydınlatması. Sadece ikincisi ile LED'lerin bir sorunu var.

Birincisi, aslında beyaz değiller, ayrıca çok dar bir renk yelpazesine sahipler. Yani, geniş beyaz renkli spektrum ek kaplamalarla elde edilir - birkaç teknoloji vardır, sarı ilaveli sözde fosfor diyotları diğerlerinden daha sık kullanılır. Ancak bu "yarı beyaz" renk bile idealin gerisinde kalıyor. Bir prizmadan geçirirseniz (okuldaki fizik dersinde olduğu gibi), güneş ışığında olduğu gibi gökkuşağının tüm renklerine aynı yoğunlukta ayrışmaz. Örneğin kırmızı, yeşil ve maviden çok daha sönük görünecektir.

Mühendisler elbette durumu düzeltmeye ve geçici çözümler bulmaya çalışıyorlar. Örneğin, TV ayarlarında yeşil ve mavi seviyelerini düşürebilirsiniz, ancak bu genel parlaklığı etkiler - resim daha soluk olur. Bu nedenle, tüm üreticiler, bozunması aynı doygunluktaki renklerle tek tip bir spektrumla sonuçlanacak bir beyaz ışık kaynağı arıyordu. Kuantum noktalarının imdada yetiştiği yer burasıdır.

kuantum noktaları

Size hatırlatmama izin verin, eğer TV'lerden bahsediyorsak, "kuantum noktaları" ışık üzerlerine çarptığında parıldayan mikroskobik kristallerdir. Pek çok farklı renkte "yanabilirler", hepsi noktanın boyutuna bağlıdır. Ve artık bilim adamlarının, oluşturdukları atom sayısını değiştirerek boyutlarını neredeyse mükemmel bir şekilde kontrol etmeyi öğrendiklerine göre, tam olarak ihtiyacınız olan rengin parıltısını elde edebilirsiniz. Ayrıca, kuantum noktaları çok kararlıdır - değişmezler, bu da, belirli bir kırmızı gölgeyle lüminesans için oluşturulan bir noktanın neredeyse her zaman bu gölgeyi koruyacağı anlamına gelir.

Mühendisler, teknolojiyi şu şekilde kullanma fikrini ortaya attılar: ince tabaka belirli bir kırmızı ve yeşil tonuyla parlamak üzere tasarlanmış bir "kuantum nokta" kaplama uygulanır. Ve LED sadece mavi. Ve sonra birisi hemen tahmin edecek: "her şey açık - bir mavi kaynağı var ve noktalar yeşil ve kırmızı verecek, bu yüzden aynı RGB modelini alacağız!". Ama hayır, teknoloji farklı çalışıyor.

"Kuantum noktalarının" büyük bir sayfada olduğu ve alt piksellere ayrılmadıkları, sadece birbirleriyle karıştırıldıkları unutulmamalıdır. Mavi diyot film üzerinde parladığında, yukarıda bahsedildiği gibi noktalar kırmızı ve yeşil yayar ve yalnızca bu üç rengin tümü karıştırıldığında ortaya çıkar. ideal kaynak Beyaz ışık. Ve matrisin arkasındaki yüksek kaliteli beyaz ışığın aslında diğer taraftaki izleyicinin gözleri için doğal renk üretimine eşit olduğunu hatırlatmama izin verin. En azından, çünkü spektrumun kaybı veya bozulması ile bir düzeltme yapmanız gerekmez.

Hala bir LCD TV

Geniş renk gamı, özellikle yeni 4K TV'ler ve gelecekteki standartlardan beklediğimiz 4:4:4 renk alt örneklemesi için kullanışlı olacaktır. Bunların hepsi iyi ve güzel, ancak kuantum noktalarının LCD TV'lerdeki diğer sorunları çözmediğini unutmayın. Örneğin, mükemmel siyah elde etmek neredeyse imkansızdır, çünkü sıvı kristaller (yukarıda yazdığım aynı "panjurlar") ışığı tamamen engelleyemez. Yalnızca "örtebilir", ancak tamamen kapatamazlar.

Kuantum noktaları, renk üretimini iyileştirmek için tasarlanmıştır ve bu, resmin izlenimini önemli ölçüde iyileştirecektir. Ancak bu, piksellerin ışık kaynağını tamamen kesebildiği OLED teknolojisi veya plazma değildir. Yine de plazma TV'ler emekli oldu ve OLED çoğu tüketici için hala çok pahalı, bu nedenle üreticilerin yakında bize daha iyi gösterecek yeni bir tür LED TV sunacağını bilmek yine de güzel.

Bir "kuantum TV"nin maliyeti nedir?

İlk QD-TV'ler Sony, Samsung ve LG, Ocak ayındaki CES 2015'te gösterme sözü veriyor. Bununla birlikte, Çin'in TLC Multimedyası paketin önünde, şimdiden bir 4K QD TV piyasaya sürdüler ve bunun Çin'deki mağazalara girmek üzere olduğunu söylüyorlar.

Şu an için yeni teknolojiye sahip televizyonların tam fiyatını söylemek mümkün değil, resmi açıklamaları bekliyoruz. QD'nin maliyetinin, işlevsellik açısından benzer şekilde OLED'den üç kat daha ucuz olacağını yazdılar. Ayrıca bilim adamlarının dediği gibi teknoloji oldukça ucuz. Buna dayanarak, Quantum Dot modellerinin yaygın olarak bulunacağı ve basitçe normal modellerin yerini alacağı umulabilir. Ancak, ilk başta fiyatların yine de şişeceğini düşünüyorum. Genellikle tüm yeni teknolojilerde olduğu gibi.

DERS ÇALIŞMASI

"Biyomedikal dönüştürücüler ve sensör sistemleri" disiplininde

Kuantum noktaları ve bunlara dayalı biyosensörler

Giriiş. 3

kuantum noktaları. Genel bilgi. 5

Kuantum noktalarının sınıflandırılması. 6

Fotolüminesan kuantum noktaları. 9

Kuantum noktalarının elde edilmesi. onbir

Kuantum noktaları kullanan biyosensörler. Uygulamaları için beklentiler klinik teşhis. 13

Çözüm. 15

Kaynakça. 16

Giriiş.

Kuantum noktaları (QD'ler), özellikleri aynı bileşime sahip bir dökme malzemenin özelliklerinden önemli ölçüde farklı olan izole edilmiş nanonesnelerdir. Kuantum noktalarının gerçek nesnelerden çok matematiksel bir model olduğu hemen belirtilmelidir. Ve bu, tamamen ayrı yapılar oluşturmanın imkansızlığından kaynaklanmaktadır - küçük parçacıklar, sıvı bir ortam veya katı bir matris içinde olmak üzere her zaman çevre ile etkileşime girer.

Kuantum noktalarının ne olduğunu anlamak ve elektronik yapılarını anlamak için eski bir Yunan amfitiyatrosu hayal edin. Şimdi sahnede büyüleyici bir performansın ortaya çıktığını ve seyircilerin oyuncuların oyununu izlemeye gelen insanlarla dolu olduğunu hayal edin. Böylece, tiyatrodaki insanların davranışının birçok yönden kuantum nokta (QD) elektronlarının davranışına benzediği ortaya çıktı. Performans sırasında oyuncular oditoryumdan ayrılmadan arenada hareket ederler ve seyirciler aksiyonu koltuklarından kendileri takip eder ve sahneye inmezler. Arena, kuantum noktasının alt dolu seviyeleridir ve seyirci sıraları, daha yüksek enerjiye sahip heyecanlı elektronik seviyelerdir. Aynı zamanda, izleyici salonun herhangi bir sırasında olabileceği gibi, elektron da kuantum noktasının herhangi bir enerji seviyesini işgal edebilir, ancak bunların arasına yerleştirilemez. Gişedeki performans için bilet alırken, herkes en fazlasını almaya çalıştı en iyi yerler- mümkün olduğunca sahneye yakın. Gerçekten kim oturmak ister son sıra dürbünle oyuncunun yüzünü bile göremediğiniz bir yer! Bu nedenle, performans başlamadan önce seyirci oturduğunda salonun tüm alt sıraları dolar, tıpkı en düşük enerjiye sahip olan QD'nin durağan durumunda olduğu gibi, alt enerji seviyeleri tamamen elektronlar tarafından işgal edilir. Ancak performans sırasında seyircilerden biri, örneğin sahnedeki müziğin çok yüksek sesle çalması veya sadece hoş olmayan bir komşunun yakalanması nedeniyle yerinden kalkıp boş bir üst sıraya geçebilir. Bu, bir kuantum noktasındaki bir elektronun, harici bir eylemin etkisi altında, diğer elektronlar tarafından işgal edilmeyen daha yüksek bir enerji seviyesine hareket etmeye zorlanmasıyla, kuantum noktasının uyarılmış bir durumunun oluşmasına yol açar. Muhtemelen elektronun eskiden olduğu enerji seviyesindeki o boş yere - sözde boşluk - ne olduğunu merak ediyorsunuz? Yük etkileşimleri yoluyla elektronun ona bağlı kaldığı ve her an geri dönebileceği ortaya çıktı, tıpkı yoluna devam eden bir izleyicinin her zaman fikrini değiştirip biletinde belirtilen yere geri dönebilmesi gibi. Bir çift "elektron deliği", "eksiton" olarak adlandırılır. ingilizce kelime"heyecanlı", yani "heyecanlı" anlamına gelir. İzleyicilerden birinin yükselmesine veya alçalmasına benzer şekilde QD'nin enerji seviyeleri arasındaki geçişe, elektron sırasıyla daha yüksek veya daha düşük bir seviyeye geçtiğinde bir kuantum ışığın (foton) soğurulmasına veya yayılmasına karşılık gelen elektronun enerjisindeki bir değişiklik eşlik eder. Elektronların yukarıda açıklanan bir kuantum noktasındaki davranışı, QD'lerin genellikle elektron seviyelerinin ayrık olduğu yapay atomlar olarak adlandırıldığı, makro nesnelerin karakteristiği olmayan ayrı bir enerji spektrumuna yol açar.

Delik ile elektron arasındaki bağın gücü (enerjisi), her madde için karakteristik bir nicelik olan eksiton yarıçapını belirler. Parçacık boyutu, eksiton yarıçapından daha küçükse, eksiton, boyutuna göre uzayda sınırlı hale gelir ve karşılık gelen bağlanma enerjisi, yığın maddeye kıyasla önemli ölçüde değişir (bkz. "kuantum boyutu etkisi"). Eksitonun enerjisi değişirse, uyarılmış elektronun orijinal yerine geçişi sırasında sistem tarafından yayılan fotonun enerjisinin de değişeceğini tahmin etmek zor değildir. Böylece, çeşitli boyutlardaki nanoparçacıkların monodispers koloidal çözeltileri elde edilerek, geçiş enerjilerinin geniş bir optik spektrum aralığında kontrol edilmesi mümkündür.

kuantum noktaları. Genel bilgi.

İlk kuantum noktaları, geri sentezlenen metal nanoparçacıklardı. Antik Mısırçeşitli camları renklendirmek için (bu arada, Kremlin'in yakut yıldızları benzer bir teknoloji kullanılarak elde edildi), ancak daha geleneksel ve yaygın olarak bilinen QD'ler, alt tabakalar üzerinde büyüyen GaN yarı iletken parçacıkları ve CdSe nanokristallerinin koloidal çözeltileri. Şu anda, kuantum noktaları elde etmenin birçok yolu vardır, örneğin, "nanolitografi" kullanılarak ince yarı iletken "heteroyapılar" katmanlarından "kesilebilirler" veya bir tür yarı iletken malzeme yapılarının nano boyutlu inklüzyonları şeklinde kendiliğinden oluşturulabilirler. Alt tabakanın birim hücresinin ve biriken katmanın parametrelerinde önemli bir farkla "moleküler ışın epitaksisi" yöntemini kullanarak, Akademisyen Zh.I. Alferov'un ödüllendirildiği özelliklerin incelenmesi için alt tabaka üzerinde piramidal kuantum noktalarının büyümesini sağlamak mümkündür. Nobel Ödülü. Sentez işlemlerinin koşullarını kontrol ederek, belirli boyutlarda ve istenen özelliklerde kuantum noktaları elde etmek teorik olarak mümkündür.

Kuantum noktaları hem çekirdek hem de çekirdek-kabuk heteroyapıları olarak mevcuttur. Küçük boyutları nedeniyle, QD'ler toplu yarı iletkenlerden farklı özelliklere sahiptir. Yük taşıyıcıların hareketinin uzamsal sınırlaması, elektronik seviyelerin ayrık yapısında ifade edilen kuantum boyutlu bir etkiye yol açar, bu nedenle QD'lere bazen "yapay atomlar" denir.

Boyutlarına ve kimyasal bileşimlerine bağlı olarak, kuantum noktaları görünür ve yakın kızılötesi aralıklarda fotolüminesans sergiler. Yüksek boyut homojenliği (%95'ten fazla) nedeniyle, önerilen nanokristaller, olağanüstü renk saflığı sağlayan dar emisyon spektrumlarına (floresan pik yarı genişlik 20-30 nm) sahiptir.

Kuantum noktaları polar olmayan ortamlarda çözümler olarak sağlanabilir. organik çözücüler heksan, toluen, kloroform veya kuru tozlar gibi.

QD'ler hala "genç" bir çalışma nesnesidir, ancak lazer tasarımı ve yeni nesil ekranlar için kullanımlarına ilişkin geniş beklentiler şimdiden oldukça açıktır. QD'lerin optik özellikleri, malzemenin ayarlanabilir lüminesan özelliklerinin gerekli olduğu bilimin en beklenmedik alanlarında kullanılır, örneğin tıbbi araştırmalarda, onların yardımıyla hastalıklı dokuları "aydınlatmak" mümkündür.

Kuantum noktalarının sınıflandırılması.

Kuantum noktalarının koloidal sentezi geniş fırsatlar hem çeşitli yarı iletken malzemelere dayalı kuantum noktalarının elde edilmesinde hem de farklı geometriye (şekle) sahip kuantum noktalarının elde edilmesinde. Farklı yarı iletkenlerden oluşan kuantum noktalarını sentezleme olasılığının hiç de küçük bir önemi yoktur. Koloidal kuantum noktaları, bileşim, boyut ve şekil ile karakterize edilecektir.

1. Kuantum noktalarının bileşimi (yarı iletken malzeme)

Her şeyden önce, kuantum noktaları, ışıldayan malzemeler olarak pratik açıdan ilgi çekicidir. Kuantum noktalarının sentezlendiği yarı iletken malzemeler için temel gereksinimler aşağıdaki gibidir. Her şeyden önce, bu, bant spektrumunun doğrudan boşluklu doğasıdır - etkili lüminesans sağlar ve ikincisi, düşük etkili yük taşıyıcı kütlesi - kuantum boyutu etkilerinin oldukça geniş bir boyut aralığında (tabii ki nanokristal standartlarına göre) tezahürü. Aşağıdaki yarı iletken malzeme sınıfları ayırt edilebilir. Geniş aralıklı yarı iletkenler (oksitler ZnO, TiO2) - ultraviyole aralığı. Orta boşluklu yarı iletkenler (A2B6, örneğin kadmiyum kalkojenitler, A3B5) - görünür aralık.

Kuantum noktalarının etkili bant aralığındaki değişim aralıkları

boyut değişikliği 3 ila 10 nm.

Şekil, 3-10 nm aralığında bir boyuta sahip nanokristaller şeklindeki en yaygın yarı iletken malzemeler için etkili bant aralığını değiştirme olasılığını göstermektedir. Pratik açıdan, önemli optik aralıklar - görünür 400-750 nm, yakın IR 800-900 nm - kan şeffaflık penceresi, 1300-1550 nm - telekomünikasyon aralığı

1. Kuantum noktalarının şekli

Bileşim ve boyuta ek olarak, kuantum noktalarının özellikleri şekillerinden ciddi şekilde etkilenecektir.

- Küresel(doğrudan kuantum noktaları) - çoğu kuantum noktaları. Şu anda, en büyük pratik uygulamaya sahipler. Yapması en kolayı.

- Elipsoidal(nanorodlar) - bir yönde uzatılmış nanokristaller.

Eliptik katsayı 2-10. Bu sınırlar koşulludur. Pratik bir bakış açısından, bu kuantum noktaları sınıfı polarize radyasyon kaynakları olarak kullanılır. >50 olan yüksek eliptiklik katsayılarında, bu tür nanokristallere genellikle filamentler (nanoweller) adı verilir.

- Karmaşık geometriye sahip nanokristaller(örneğin, tetrapodlar). Yeterli çeşitlilikte şekiller sentezlenebilir - kübik, yıldızlar vb. Pratik bir bakış açısından, tetrapodlar moleküler anahtarlar olarak kullanılabilir. Şu anda büyük akademik ilgi görüyorlar.

1. Çok bileşenli kuantum noktaları

Kolloidal kimya yöntemleri, yarı iletkenlerden çok bileşenli kuantum noktalarının sentezlenmesini mümkün kılar. farklı özellikler, öncelikle farklı bant boşluklarıyla. Bu sınıflandırma, yarı iletkenlerde geleneksel olarak kullanılana büyük ölçüde benzer.

katkılı kuantum noktaları

Kural olarak, eklenen safsızlık miktarı küçüktür (300-1000'lik bir kuantum noktasında ortalama atom sayısı ile kuantum noktası başına 1-10 atom). Kuantum noktasının elektronik yapısı bu durumda değişmez, safsızlık atomu ile kuantum noktasının uyarılmış hali arasındaki etkileşim dipol karaktere sahiptir ve uyarma transferine indirgenir. Ana alaşım safsızlıkları manganez, bakırdır (görünür aralıkta lüminesans).

Katı çözümlere dayalı kuantum noktaları.

Kuantum noktaları için, yarı iletkenlerin katı çözeltilerinin oluşumu, malzemelerin yığın halindeki karşılıklı çözünürlüğü gözlenirse mümkündür. Toplu yarı iletkenlerde olduğu gibi, katı çözeltilerin oluşumu enerji spektrumunda bir değişikliğe yol açar - etkili özellikler bireysel yarı iletkenler için değerlerin bir üst üste binmesidir. Bu yaklaşım, etkin bant aralığını sabit bir boyutta değiştirmeyi mümkün kılarak, kuantum noktalarının özelliklerini kontrol etmenin bir yolunu daha verir.

Heteroeklemlere dayalı kuantum noktaları.

Bu yaklaşım, çekirdek kabuğu tipindeki kuantum noktalarında uygulanır (bir yarı iletkenden çekirdek, diğerinden kabuk). Genel durumda, farklı yarı iletkenlerden iki parça arasında bir temasın oluşmasını içerir. Klasik heteroeklemler teorisine benzer şekilde, iki tür çekirdek-kabuk kuantum noktası ayırt edilebilir.

Fotolüminesan kuantum noktaları.

Fotolüminesans kuantum noktaları özellikle ilgi çekicidir, burada bir fotonun soğurulması elektron deliği çiftlerine yol açar ve elektronların ve deliklerin rekombinasyonu flüoresansa neden olur. Bu tür kuantum noktaları, konumu boyutlarına göre belirlenen dar ve simetrik bir flüoresan tepe noktasına sahiptir. Bu nedenle, boyuta ve bileşime bağlı olarak, QD'ler UV, görünür veya IR spektral bölgede floresan olabilir.

Kadmiyum chalcogenides bazlı kuantum noktaları, boyutlarına bağlı olarak farklı renklerde floresan yayar

Örneğin, kuantum noktaları ZnS, CD'ler Ve ZnSe UV bölgesinde floresan, CdSe Ve Cd Te görünürde ve PbS, PbSe Ve kurşun yakın IR bölgesinde (700-3000 nm). Ek olarak, optik özellikleri başlangıç ​​bileşiklerinden farklı olabilen yukarıdaki bileşiklerden heteroyapılar oluşturulabilir. En popüler olanı, daha geniş aralıklı bir yarı iletken kabuğunun, örneğin bir çekirdek üzerinde dar aralıklı bir çekirdekten büyümesidir. CdSe bir kabuk oluşturmak ZnS :

Bir epitaksiyel ZnS kabuğu (yapısal sfalerit tipi) ile kaplanmış bir CdSe çekirdeğinden oluşan bir kuantum noktasının yapısının modeli

Bu yaklaşım, QD'lerin oksidasyona karşı direncini önemli ölçüde arttırmanın yanı sıra, çekirdeğin yüzeyindeki kusur sayısındaki azalma nedeniyle floresans kuantum verimini birkaç kat arttırmayı mümkün kılar. QD'lerin ayırt edici bir özelliği, aynı zamanda QD boyutuna da bağlı olan geniş bir dalga boyu aralığında sürekli bir absorpsiyon spektrumudur (floresan uyarımı). Bu, aynı dalga boyunda farklı kuantum noktalarını aynı anda uyarmayı mümkün kılar. Ek olarak, QD'ler geleneksel floroforlardan daha yüksek parlaklığa ve daha iyi fotostabiliteye sahiptir.

Kuantum noktalarının bu tür benzersiz optik özellikleri, optik sensörler, flüoresan işaretleyiciler, tıpta ışığa duyarlılaştırıcılar ve ayrıca IR bölgesinde fotodetektörlerin, güneş pillerinin üretimi için kullanımları için geniş umutlar açar. yüksek verim, minyatür LED'ler, beyaz ışık kaynakları, tek elektronlu transistörler ve doğrusal olmayan optik cihazlar.

Kuantum noktaları elde etme

Kuantum noktalarını elde etmenin iki ana yöntemi vardır: "bir şişede" öncüllerin karıştırılmasıyla gerçekleştirilen koloidal sentez ve epitaksi, yani. substrat yüzeyinde yönlendirilmiş kristal büyümesi.

İlk yöntem (kolloidal sentez) birkaç versiyonda uygulanmaktadır: yüksekte veya oda sıcaklığı, inert bir atmosferde organik çözücüler veya sulu bir çözelti içinde, organometalik öncüler olsun veya olmasın, çekirdeklenmeyi kolaylaştıran moleküler kümeler olsun veya olmasın. İnert bir atmosferde, yüksek kaynama noktalı organik çözücüler içinde çözülmüş inorganometalik öncü maddelerin ısıtılmasıyla gerçekleştirilen yüksek sıcaklıkta kimyasal sentez de kullanılır. Bu, yüksek flüoresans kuantum verimi ile aynı boyutta kuantum noktalarının elde edilmesini mümkün kılar.

Koloidal sentezin bir sonucu olarak, bir adsorbe edilmiş yüzey aktif moleküller tabakası ile kaplanmış nanokristaller elde edilir:

Hidrofobik bir yüzeye sahip bir koloidal çekirdek-kabuk kuantum noktasının şematik gösterimi. Turuncu, dar aralıklı bir yarı iletkenin çekirdeğini (örneğin, CdSe), kırmızı, geniş aralıklı bir yarı iletkenin kabuğunu (örneğin, ZnS) ve siyah, yüzey aktif moleküllerin organik kabuğunu gösterir.

Hidrofobik organik kabuk nedeniyle, koloidal kuantum noktaları herhangi bir polar olmayan çözücüde ve uygun modifikasyonu ile su ve alkollerde çözülebilir. Koloidal sentezin bir başka avantajı da kilogram altı miktarlarda kuantum noktaları elde etme olasılığıdır.

İkinci yöntem (epitaxy) - başka bir malzemenin yüzeyinde nanoyapıların oluşumu, kural olarak, benzersiz ve pahalı ekipmanın kullanımıyla ilişkilidir ve ek olarak, matrise "bağlı" kuantum noktalarının üretilmesine yol açar. Epitaksi yönteminin endüstriyel bir düzeye ölçeklendirilmesi zordur, bu da onu kuantum noktalarının toplu üretimi için daha az çekici kılar.

Kuantum noktaları kullanan biyosensörler. Klinik teşhiste kullanımları için beklentiler.

kuantum noktası - boyutu Bohr eksitonunun yarıçapından daha küçük olan, örneğin güçlü flüoresans gibi kuantum etkilerinin ortaya çıkmasına neden olan çok küçük bir fiziksel nesne.

Kuantum noktalarının avantajı, tek bir radyasyon kaynağı tarafından uyarılabilmesidir. Çaplarına bağlı olarak parlarlar farklı ışık ve bir kaynak, tüm renklerin kuantum noktalarını harekete geçirir.

Biyoorganik Kimya Enstitüsü'nde. akademisyenler Shemyakin ve Yu.A. Ovchinnikov RAS, floresan etiketler olarak kullanılmalarına izin veren kolloidal nanokristaller biçiminde kuantum noktaları üretir. Çok parlaklar, geleneksel bir mikroskopla bile tek tek nanokristalleri görebilirsiniz. Ayrıca ışığa dayanıklıdırlar - radyasyona maruz kaldıklarında uzun süre parlayabilirler. yüksek yoğunluklu güç.

Kuantum noktalarının avantajı, yapıldıkları malzemeye bağlı olarak, biyolojik dokuların en şeffaf olduğu kızılötesi aralığında floresans elde etmenin mümkün olmasıdır. Aynı zamanda, flüoresan etkinlikleri, biyolojik dokulardaki çeşitli oluşumları görselleştirmek için kullanılmalarına izin veren diğer floroforlarla kıyaslanamaz.

Bir otoimmün hastalığı, sistemik skleroz (skleroderma) teşhisi örneği kullanılarak, klinik proteomikte kuantum noktalarının olasılığı gösterildi. Teşhis, otoimmün antikorların kaydına dayanır.

Otoimmün hastalıklarda, vücudun kendi proteinleri kendi biyolojik nesnelerini (üzerinde) etkilemeye başlar. hücre duvarları vb.), bu da en güçlü patolojiye neden olur. Aynı zamanda, otoantikorları teşhis etmek ve tespit etmek için kullandıkları biyolojik sıvılarda otoimmün antikorlar ortaya çıkar.

Sklerodermaya karşı çok sayıda antikor vardır. Kuantum noktalarının teşhis yetenekleri, örnek olarak iki antikor kullanılarak gösterildi. Otoantikorlara yönelik antijenler, belirli bir rengin kuantum noktalarını içeren polimer mikrokürelerin yüzeyine uygulandı (her antijenin kendi mikroküre rengi vardı). Test karışımı, mikrokürelere ek olarak sinyal floroforuna bağlı ikincil antikorlar da içeriyordu. Daha sonra, karışıma bir numune eklendi ve eğer istenen otoantikoru içeriyorsa, karışımda bir kompleks oluştu. mikroküre - otoantikor - sinyal floroforu.

Esasen, otoantikor, belirli bir rengin mikroküresini sinyal floroforuna bağlayan bir bağlayıcıydı. Bu mikroküreler daha sonra akış sitometrisi ile analiz edildi. Mikroküreden ve sinyal floroforundan eşzamanlı bir sinyalin görünümü, bağlanmanın meydana geldiğini ve mikrokürenin yüzeyinde, sinyal floroforuna sahip ikincil antikorları içeren bir kompleksin oluştuğunu gösterir. Şu anda, ikincil bir antikorla ilişkili olan mikroküre kristalleri ve bir sinyal florofor gerçekten parladı.

Her iki sinyalin aynı anda ortaya çıkması, karışımın saptanabilir bir hedef, bir hastalık belirteci olan bir otoantikor içerdiğini gösterir. Bu, iki tanıma molekülü olduğunda, yani klasik "sandviç" kayıt yöntemidir. Teşhisin yüksek güvenilirliğinin temeli olan ve hastalığı en erken aşamada belirlemeyi mümkün kılan ilaçlar yaratma olasılığının temeli olan birkaç belirtecin eşzamanlı analiz olasılığı gösterildi.

Biyoetiket olarak kullanın.

Kuantum noktalarına dayalı flüoresan etiketlerin oluşturulması çok umut vericidir. Kuantum noktalarının organik boyalara göre aşağıdaki avantajları ayırt edilebilir: lüminesans dalga boyunu kontrol etme yeteneği, yüksek sönme katsayısı, çok çeşitli solventlerde çözünürlük, lüminesansın çevreye stabilitesi, yüksek fotostabilite. Biyolojik nesnelere seçici olarak bağlanmayı mümkün kılan kuantum noktalarının yüzeyinin kimyasal (veya dahası biyolojik) modifikasyon olasılığını da not edebiliriz. Sağdaki şekil, görünür aralıkta ışıldayan suda çözünür kuantum noktaları kullanılarak hücre elemanlarının boyanmasını göstermektedir. Soldaki şekil bir kullanım örneğini göstermektedir. tahribatsız yöntem optik tomografi. Bir fareye sokulan 800-900 nm (sıcak kanın şeffaflık penceresi) aralığında lüminesanslı kuantum noktaları kullanılarak yakın IR aralığında çekilmiş fotoğraf.

Şekil 21. Biyoetiket olarak kuantum noktalarının kullanımı.

Çözüm.

Şu anda, kuantum noktalarının kullanıldığı tıbbi uygulamalar, nanopartiküllerin insan sağlığı üzerindeki etkisinin yeterince çalışılmaması nedeniyle hala sınırlıdır. Bununla birlikte, teşhiste kullanımları Tehlikeli hastalıklarçok umut verici görünüyor, özellikle, immünofloresan analizi için bir yöntem, temel alınarak geliştirilmiştir. Ve örneğin onkolojik hastalıkların tedavisinde, sözde fotodinamik terapi yöntemi zaten kullanılıyor. Nanopartiküller tümöre enjekte edilir, sonra ışınlanır ve daha sonra bu enerji onlardan oksijene aktarılır, bu da uyarılmış bir duruma geçer ve tümörü içeriden "yakar".

Biyologlar, yakın kızılötesi spektrum gibi herhangi bir dalga boyunda yanıt veren kuantum noktaları tasarlamanın kolay olduğunu söylüyor. O zaman vücudun derinliklerinde gizlenmiş tümörleri bulmak mümkün olacaktır.

Ek olarak, bazı nanoparçacıklar manyetik rezonans görüntülemede karakteristik bir yanıt verebilir.

Araştırmacıların diğer planları daha da cazip görünüyor. Bir dizi biyomoleküle bağlı yeni kuantum noktaları, yalnızca bir tümörü bulup onu belirtmekle kalmayacak, aynı zamanda yeni nesil ilaçları tam olarak yerinde teslim edecek.

Nanoteknolojinin bu uygulamasının, 2011'deki laboratuvarlarda gördüğümüzün pratik ve kitlesel uygulamasına en yakın olması muhtemeldir. son yıllar.

Başka bir yön, optoelektronik ve yeni tip LED'lerdir - ekonomik, minyatür, parlak. Burada kuantum noktalarının yüksek fotostabiliteleri (bunlara göre oluşturulan cihazların uzun süreli çalışmasını garanti eder) ve herhangi bir rengi (dalga boyu ölçeğinde bir veya iki nanometre doğrulukla) ve herhangi bir renk sıcaklığını (2 Kelvin ila 10 bin ve üzeri) sağlama yeteneği gibi avantajları kullanılır. Gelecekte, LED'lere dayalı olarak, monitörler için ekranlar yapabilirsiniz - çok ince, esnek, yüksek görüntü kontrastına sahip.

Kaynakça.

1.http://www.nanometer.ru/2007/06/06/quantum_dots_2650.html

1. Tananaev P.N., Dorofeev S.G., Vasiliev R.B., Kuznetsova T.A. Bakır katkılı CdSe nanokristallerinin elde edilmesi // inorganik malzemeler. 2009. V. 45. No. 4. S. 393-398.
2. Oleinikov V.A., Sukhanova A.V., Nabiev I.R. Floresan yarı iletken nanokristaller

biyoloji ve tıpta // Nano. - 2007. - S.160 173.

1. Snee PT, Somers R.C., Gautham N., Zimmer J.P., Bawendi M.G., Nocera D.G. A Oranmetrik CdSe/ZnS Nanokristal pH Sensörü // J. Am. kimya Soc.. - 2006. - V. 128. S. 13320 13321.
2. Kulbachinsky V. A. Yarı iletken kuantum noktaları // Soros Eğitim Dergisi. - 2001. - V.7. - No.4. - C. 98 - 104.

İndirmek:
Sunucumuzdan dosya indirmek için erişiminiz yok.

Düşük boyutlu yarı iletken yapıların fiziğindeki en önemli nesne, yarı sıfır boyutlu sistemler veya kuantum noktalarıdır. Vermek kesin tanım kuantum noktaları yeterince zordur. Bunun nedeni, fiziksel literatürde kuantum noktalarının, elektronların, deliklerin ve eksitonların enerji spektrumlarının boyut nicelemesinin etkisinin ortaya çıktığı geniş bir yarı-sıfır boyutlu sistemler sınıfı olarak adlandırılmasıdır. Bu sınıf öncelikle, üç uzamsal boyutun da eksiton Bohr yarıçapı mertebesinde olduğu yarı iletken kristalleri içerir. dökme malzeme. Bu tanım kuantum noktasının vakumlu, gazlı veya sıvı bir ortamda olduğunu veya yapıldığı malzemeden farklı olan bazı katı malzemelerle sınırlı olduğunu varsayar. Bu durumda, kuantum noktalarındaki temel uyarılmaların üç boyutlu uzamsal sınırlaması, farklı malzemeler ve ortamlar arasındaki arayüzlerin varlığından, yani hetero arayüzlerin varlığından kaynaklanmaktadır. Bu tür kuantum noktalarına genellikle mikro veya nano kristaller denir. Bununla birlikte, bir veya iki boyutta hetero-arayüzlerin olmadığı kuantum noktaları olduğundan, bu basit tanım tam değildir. Buna rağmen, bu tür kuantum noktalarındaki elektronların, deliklerin veya eksitonların hareketi, örneğin mekanik gerilimler veya yarı iletken katmanların kalınlığındaki dalgalanmalar nedeniyle ortaya çıkan potansiyel kuyuların varlığı nedeniyle uzamsal olarak sınırlıdır. Bu anlamda, bir kuantum noktasının, elektronların, deliklerin ve eksitonların hareketinin üç boyutta uzamsal olarak sınırlı olduğu sıranın karakteristik boyutlarına sahip, yarı iletken bir malzeme ile iyi doldurulmuş herhangi bir üç boyutlu potansiyel olduğunu söyleyebiliriz.

Kuantum noktaları üretme yöntemleri

Farklı kuantum noktalarının çeşitliliği arasında, en sık kullanılan birkaç ana tip vardır. Deneysel çalışmalar ve uygulamalar. Her şeyden önce, bunlar sıvılardaki, camlardaki ve geniş aralıklı dielektrik matrislerindeki nanokristallerdir (Şekil 1). Cam matrislerde yetiştirilirlerse, kural olarak küresel bir şekle sahiptirler. Silikat camlara gömülü CuCl kuantum noktalarından oluşan böyle bir sistemde, tek foton absorpsiyon çalışmasında ilk kez eksitonların üç boyutlu boyut nicelemesinin etkisi keşfedildi. Bu çalışma, yarı sıfır boyutlu sistemlerin fiziğinin hızlı gelişiminin başlangıcı oldu.

Şekil 1.

Kristalin bir dielektrik matristeki kuantum noktaları, NaCl'ye gömülü CuCl tabanlı kuantum noktalarında olduğu gibi, dikdörtgen paralel yüzlü olabilir. Yarı iletken matrislerde damla epitaksi ile büyütülen kuantum noktaları da nanokristallerdir.

Diğer önemli tip kuantum noktaları, moleküler ışın epitaksi tekniği kullanılarak Stransky-Krastanov yöntemiyle üretilen, kendi kendine birleşen kuantum noktalarıdır (Şekil 2). Onların ayırt edici özellik malzemesi kuantum noktalarının malzemesiyle çakışan ultra ince ıslanabilir bir katman aracılığıyla birbirine bağlı olmalarıdır. Dolayısıyla, bu kuantum noktalarında heterointerfaces'lerden biri yoktur. Bu tip, ilke olarak, gözenekli Si gibi gözenekli yarı iletkenleri ve ayrıca katmanların kalınlığındaki dalgalanmalardan kaynaklanan ince yarı iletken katmanlardaki potansiyel kuyuları içerebilir.

İncir. 2.

Şek. 3. InGaAs kuantum noktaları tarafından indüklenen mekanik gerilimlere sahip yapı. 1 - GaAs kaplama tabakası; 2 - InGaAs katmanında üç boyutlu potansiyel kuyuların görünmesine yol açan mekanik baskıları ayarlayan kendi kendini organize eden InP kuantum noktaları; 3 ve 6 - GaAs tampon katmanları; 4 - mekanik baskıların neden olduğu kuantum noktalarının oluşturulduğu ince InGaAs kuantum kuyusu; 5 - kuantum noktaları; 7 - GaAs substratı. Noktalı çizgiler, mekanik gerilmelerin profillerini göstermektedir.

Mekanik gerilimlerin neden olduğu kuantum noktaları, üçüncü tipe bağlanabilir (Şekil 3). Heterointerface malzemelerinin kafes sabitlerindeki uyumsuzluk nedeniyle ortaya çıkan mekanik gerilimler nedeniyle ince yarı iletken katmanlarda oluşturulurlar. Bu mekanik gerilimler, ince bir tabaka halinde elektronlar, delikler ve eksitonlar için üç boyutlu bir potansiyel kuyusu görünümüne yol açar. Şek. 3. Bu tür kuantum noktalarının iki yönde heterosınırlara sahip olmadığı görülebilir.

"Nanoteknolojiler", Rus dilinde maalesef biraz itibarını yitirmiş karmaşık bir tarihe ve bağlama sahip bir kelimedir. Ancak ironik sosyo-ekonomik imaları görmezden gelirsek, son yıllarda bilimsel ve teorik bir kavramdan nanoteknolojilerin yakın gelecekte gerçek ticari ürünler haline gelip hayatımıza girebilecek biçimler almaya başladığını söyleyebiliriz.

Bunun mükemmel bir örneği kuantum noktalarıdır. Yarı iletken nanoparçacıkları kullanan teknolojiler yavaş yavaş tamamen farklı alanlarda uygulama buluyor: tıp, baskı, fotovoltaik, elektronik - bazı ürünler hala prototip düzeyinde var, bir yerlerde teknoloji kısmen uygulandı ve bazıları zaten pratikte.

Peki “kuantum noktası” nedir ve “ne ile yenir”?

Bir kuantum noktası, inorganik bir yarı iletken malzemenin (silikon, indiyum fosfit, kadmiyum selenid) bir nanokristalidir. "Nano", milyarda parça olarak ölçülen anlamına gelir, bu tür kristallerin boyutları 2 ila 10 nanometre arasında değişir. Bu kadar küçük boyuttan dolayı, nanoparçacıklardaki elektronlar, yığın yarı iletkenlerdekilerden oldukça farklı davranır.

Bir kuantum noktasının enerji spektrumu tekdüze değildir, bir elektron (negatif yüklü parçacık) ve bir boşluk için ayrı enerji seviyelerine sahiptir. Yarı iletkenlerdeki bir delik, boş bir değerlik bağıdır, sayısal olarak bir elektrona eşit bir pozitif yük taşıyıcısıdır, çekirdek ile elektron arasındaki bağ koptuğunda ortaya çıkar.

Kristaldeki yük taşıyıcının seviyeden seviyeye geçtiği koşullar yaratılırsa, bu geçiş sırasında bir foton yayılır. Parçacık boyutunu değiştirerek, bu radyasyonun absorpsiyon frekansı ve dalga boyu kontrol edilebilir. Uygulamada bu, parçacığın boyutuna bağlı olarak, ışınlama sırasında noktaların farklı renklerde parlayacağı anlamına gelir.

Radyasyonun dalga boyunu parçacık boyutu aracılığıyla kontrol etme yeteneği, emdikleri enerjiyi ışık radyasyonuna - fotostabil fosforlara dönüştüren kuantum noktalarından kararlı maddeler elde etmeyi mümkün kılar.

Kuantum noktalarına dayalı çözümler, bu alanlar için önemli olan bir dizi parametrede geleneksel organik ve inorganik fosforlardan üstündür. pratik uygulama hassas ayarlanabilir lüminesansın gerekli olduğu yerlerde.

Kuantum noktalarının avantajları:

• Fotostabil, floresan özelliklerini birkaç yıl korur.
• Işıkla solmaya karşı yüksek direnç: Organik floroforlardan 100 ila 1000 kat daha yüksek.
• Yüksek kuantum floresan verimi - %90'a kadar.
• Geniş uyarma spektrumu: UV'den IR'ye (400 - 200 nm).
• Yüksek flüoresan tepe noktaları (25-40 nm) sayesinde yüksek renk saflığı.
• Kimyasal bozulmaya karşı yüksek direnç.

Özellikle baskı için diğer bir avantaj, kuantum noktalarının sol yapmak için kullanılabilmesidir - küçük parçacıkların dağıldığı sıvı bir ortama sahip yüksek oranda dağılmış koloidal sistemler. Dolayısıyla onlardan inkjet baskıya uygun çözümler üretmek mümkün.

Kuantum noktalarının uygulamaları:

Belgelerin ve ürünlerin tahrifata karşı korunması: menkul kıymetler, banknotlar, kimlik kartları, pullar, mühürler, sertifikalar, sertifikalar, plastik kartlar, ticari markalar. Kuantum noktalarına dayalı çok renkli bir kodlama sistemi ticari olarak gıda, ilaç, kimya endüstrileri, mücevherat ve sanat eserlerindeki renkli markalama ürünleri için kullanılabilir.

Sıvı bazın su bazlı veya UV ile iyileştirilebilmesi nedeniyle, kağıt ve diğer emici alt tabakalar için su bazlı mürekkep ve emici olmayan alt tabakalar (cam, ahşap, metal, sentetik polimerler, kompozitler) - UV mürekkebi için hemen hemen her nesne kuantum nokta mürekkebi ile işaretlenebilir.

Tıbbi ve biyolojik araştırmalarda belirteç. Belirli bir hücre tipine tepki veren biyolojik belirteçler, DNA ve RNA fragmanları, kuantum noktalarının yüzeyine uygulanabildiğinden, biyolojik araştırmalarda ve kanser teşhisinde, tümörün standart teşhis yöntemleriyle henüz tespit edilemediği erken evrelerde kontrast olarak kullanılabilirler.

Kuantum noktalarının tümör hücrelerinin in vitro incelenmesi için floresan etiketler olarak kullanılması, biyotıpta kuantum noktalarının en umut verici ve hızla gelişen uygulama alanlarından biridir.

Bu teknolojinin kitlesel tanıtımı, yalnızca in vivo çalışmalarda kuantum noktalarıyla kontrast kullanmanın güvenliği sorusuyla engellenir, çünkü bunların çoğu çok toksik malzemelerden yapılmıştır ve boyutları o kadar küçüktür ki, vücudun herhangi bir engelinden kolayca geçebilirler.

Kuantum Nokta Ekranları: QLED - kuantum noktalarına dayalı LED arkadan aydınlatmalı LCD ekranlar oluşturma teknolojisi, önde gelen elektronik üreticileri tarafından zaten test edilmiştir. Bu teknolojinin kullanımı, ekranın güç tüketimini azaltmaya, LED ekranlara kıyasla ışık akısını %25-30 artırmaya, daha sulu renklere, net renk üretimine, renk derinliğine, ekranları ultra ince ve esnek hale getirme olanağı sağlar.

Bu teknolojiyi kullanan ilk ekranın prototipi Samsung tarafından Şubat 2011'de sunuldu ve ilk bilgisayar ekranı Philips tarafından piyasaya sürüldü.

Mavi LED'lerin emisyon spektrumundan kırmızı ve yeşil renkler üretmek için kuantum noktalarını kullanır ve bu da doğala yakın renk üretimi sağlar. 2013 yılında Sony, aynı prensipte çalışan bir QLED ekranı piyasaya sürdü. Şu anda, büyük ekranların üretimi için bu teknoloji, yüksek üretim maliyeti nedeniyle yaygın olarak kullanılmamaktadır.

Kuantum nokta lazeri. Yayma bölgesindeki çalışma ortamı kuantum noktaları olan bir lazerin, kuantum kuyularına dayalı geleneksel yarı iletken lazerlere göre bir dizi avantajı vardır. Onlar sahip daha iyi performans frekans bandı, gürültü yoğunluğu açısından sıcaklık değişimlerine karşı daha az hassastırlar.

Kuantum noktasının bileşimini ve boyutunu değiştirmek, böyle bir lazerin aktif ortamını kontrol etmenize izin verdiği için, daha önce mevcut olmayan dalga boylarında çalışmak mümkün hale geldi. Bu teknoloji tıpta pratikte aktif olarak kullanılmaktadır, onun yardımıyla bir lazer neşteri oluşturulmuştur.

Enerji

Kuantum noktalarına dayalı olarak, birkaç ince film güneş pili modeli de geliştirilmiştir. Aşağıdaki çalışma prensibine dayanırlar: ışık fotonları, kuantum noktaları içeren bir fotoelektrik malzemeye düşer, bir elektron çiftinin ve bir deliğin görünümünü uyarır; bunların enerjisi, belirli bir yarı iletkenin elektronunun bağlı durumdan serbest duruma geçmesi için gereken minimum enerjiye eşit veya bu enerjiyi aşar. Malzemenin nanokristallerinin boyutunu değiştirerek, fotovoltaik malzemenin "enerji performansını" değiştirmek mümkündür.

Bu prensibe dayanarak, çeşitli güneş pili türlerinin birkaç orijinal çalışma prototipi halihazırda oluşturulmuştur.

2011 yılında, Notre Dame Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, herhangi bir nesneyi güneş paneline dönüştürebilecek titanyum dioksit bazlı bir "güneş boyası" önerdiler. Verimliliği oldukça düşüktür (yalnızca %1), ancak üretimi ucuzdur ve büyük hacimlerde üretilebilir.

2014 yılında Massachusetts Institute of Technology'den bilim adamları, üretim için bir yöntem sundular. Güneş hücreleri ultra ince kuantum noktaları katmanlarından, geliştirmelerinin verimliliği% 9'dur ve ana bilgi birikimi, kuantum noktalarını bir filmde birleştirme teknolojisinde yatmaktadır.

2015 yılında Merkezin Laboratuvarı ileri teknoloji Los Alamos'taki Solar Photovoltaics, oldukça geniş bir alanı kaplayabilen şeffaf bir lüminesan kuantum yoğunlaştırıcı ve kompakt solar fotovoltaik hücrelerden oluşan, %3,2 verimlilikle güneş penceresi projesini önerdi.

Ancak ABD Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı'ndan (NREL) araştırmacılar, maksimum kuantum verimliliğine sahip bir hücre üretmek için metallerin optimum kombinasyonunu arayan gerçek bir performans rekoru sahibi yarattılar - testlerde pillerinin dahili ve harici kuantum verimliliği sırasıyla% 114 ve% 130 idi.

Bu parametreler, şu anda nispeten küçük bir yüzde gösteren pilin verimliliği değildir - yalnızca% 4,5, ancak, yalnızca en etkili öğe kombinasyonunu seçmekten oluşan çalışmanın temel amacı, fotoğraf akışı koleksiyonunu optimize etmek değildi. Ancak, NREL deneyinden önce hiçbir pilin %100'ün üzerinde bir kuantum verimliliği göstermediğini belirtmekte fayda var.

Gördüğümüz gibi, potansiyel olarak kuantum noktalarının pratik uygulama alanları geniş ve çeşitlidir, aynı anda birkaç yönde teorik gelişmeler gerçekleştirilmektedir. Çeşitli alanlarda toplu olarak tanıtılmaları bir dizi kısıtlamayla engellenir: noktaların kendilerinin yüksek üretim maliyeti, toksisiteleri, kusurları ve üretim teknolojisinin kendisinin ekonomik uygunsuzluğu.

Çok yakın bir gelecekte, kuantum noktalarına dayalı bir renk kodlaması ve mürekkeple işaretleme sistemi yaygınlaşabilir. Bu pazar nişinin henüz işgal edilmediğini, ancak gelecek vaat ettiğini ve bilim açısından yoğun olduğunu fark eden IQDEMY şirketi, kimya laboratuvarının (Novosibirsk) araştırma görevlerinden biri olarak, kuantum noktaları içeren UV ile iyileştirilebilen ve su bazlı mürekkeplerin optimum formülasyonunun geliştirilmesini belirledi.

Alınan ilk baskı örnekleri etkileyici ve bu teknolojinin pratikte geliştirilmesi için daha fazla umut veriyor: