Ученые исследуют, как квантовые точки взаимодействуют друг с другом с атомистической точки зрения. Так называемые квантовые точки – это новый класс материалов с множеством применений. Квантовые точки представляют собой крошечные полупроводниковые кристаллы с размерами в нанометровом диапазоне. Оптическими и электрическими свойствами можно управлять с помощью размера этих кристаллов.
СПРАВКА:
Квантовая точка — фрагмент проводника или полупроводника (например InGaAs, CdSe, CdS или GaInP/InP), носители заряда (электроны или дырки) которого ограничены в пространстве по всем трём измерениям. Размер квантовой точки должен быть настолько мал, чтобы квантовые эффекты были существенными[1]. Это достигается, если кинетическая энергия электрона заметно больше всех других энергетических масштабов: в первую очередь больше температуры, выраженной в энергетических единицах.
Энергетический спектр квантовой точки дискретен, и расстояние между стационарными уровнями энергии носителя заряда зависят от размера квантовой точки как ℏ 2 / 2 m d 2 {\displaystyle \hbar ^{2}/2md^{2}} (где ħ — приведённая постоянная Планка, d — характерный размер точки, m — эффективная масса электрона на точке). Вследствие этого электронные и оптические свойства квантовых точек занимают промежуточное положение между объёмным полупроводником и дискретной молекулой[1].
Проще говоря, квантовая точка — это полупроводник, электрические характеристики которого зависят от его размера и формы. Чем меньше размер кристалла, тем больше расстояние между энергетическими уровнями. Например, при переходе электрона на энергетический уровень ниже, испускается фотон; так как мы можем регулировать размер квантовой точки, то мы можем изменять энергию испускаемого фотона, а значит, мы можем изменять цвет испускаемого квантовой точкой света. Основное преимущество квантовой точки заключается в возможности высокоточного контроля над её размером, а следовательно и над проводимостью[2], что позволяет создавать флуорофоры разных цветов из одного и того же материала по одной методике.
Квантовые точки разных размеров могут быть собраны в градиентные многослойные нанопленки.
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D1%82%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D1%82%D0%BE%D1%87%D0%BA%D0%B0
————————————————————————————————————————————————-
Как QLED, они уже представлены на рынке последних поколений плоских экранов телевизоров, где они обеспечивают особенно яркую цветопередачу с высоким разрешением. Однако квантовые точки используются не только в качестве «красителей», они также используются в солнечных элементах или в качестве полупроводниковых устройств, вплоть до вычислительных строительных блоков, кубитов, квантового компьютера.
Теперь команда под руководством доктора Анники Банде из HZB расширила понимание взаимодействия между несколькими квантовыми точками с атомистической точки зрения в теоретической публикации.
Анника Банде возглавляет группу «Теория электронной динамики и спектроскопии» в HZB и особенно интересуется происхождением квантовых физических явлений. Хотя квантовые точки представляют собой чрезвычайно крошечные нанокристаллы, они состоят из тысяч атомов, в свою очередь, с множеством электронов. Даже с помощью суперкомпьютеров электронная структура такого полупроводникового кристалла вряд ли может быть рассчитана, подчеркивает химик-теоретик, недавно получивший степень бакалавра во Свободном университете.
«Но мы разрабатываем методы, которые приблизительно описывают проблему, – объясняет Банде. – В этом случае мы работали с уменьшенными версиями квантовых точек, содержащих всего около сотни атомов, которые, тем не менее, обладают характерными свойствами реальных нанокристаллов. С помощью этого подхода после полутора лет разработки и в сотрудничестве с профессором Жаном Кристофом Трембле из CNRS-Université de Lorraine в Меце нам удалось смоделировать взаимодействие двух квантовых точек, каждая из которых состоит из сотен атомов, которые обмениваются энергией друг с другом. В частности, мы исследовали, как эти две квантовые точки могут поглощать, обменивать и постоянно хранить энергию, контролируемую светом. Первый световой импульс используется для возбуждения, а второй световой импульс вызывает накопление.
В общей сложности мы исследовали три разных пары квантовых точек, чтобы уловить влияние размера и геометрии. Мы рассчитали электронную структуру с высочайшей точностью и смоделировали движение электронов в реальном времени с фемтосекундным разрешением».
Результаты также очень полезны для экспериментальных исследований и разработок во многих областях применения, например, для разработки кубитов или для поддержки фотокатализа, для получения зеленого водородного газа под действием солнечного света.
«Мы постоянно работаем над расширением наших моделей в сторону еще более реалистичных описаний квантовых точек, – говорит Банде, – например, чтобы уловить влияние температуры и окружающей среды».
Иллюстрация: ru.wikipedia.org
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-06/hbfm-hqd060321.php
Подготовил и прислал профессор О.Фиговский.
