Hvordan kvanteprikker kan tale med hinanden

Såkaldte kvanteprikker er en ny klasse af materialer med mange anvendelsesmuligheder. Kvanteprikker realiseres af små halvlederkrystaller med dimensioner i nanometerområdet. De optiske og elektriske egenskaber kan styres gennem størrelsen af ​​disse krystaller. Som QLED'er, de er allerede på markedet i de seneste generationer af tv-fladskærme, hvor de sikrer særlig strålende og højopløselig farvegengivelse. Imidlertid, kvanteprikker bruges ikke kun som farvestoffer, de bruges også i solceller eller som halvlederenheder, helt op til beregningsmæssige byggeklodser, qubits, af en kvantecomputer.

Nu, et team ledet af Dr. Annika Bande ved HZB har udvidet forståelsen af ​​samspillet mellem flere kvanteprikker med et atomistisk syn i en teoretisk publikation.

Annika Bande leder gruppen "Theory of Electron Dynamics and Spectroscopy" på HZB og er særligt interesseret i oprindelsen af ​​kvantefysiske fænomener. Selvom kvanteprikker er ekstremt små nanokrystaller, de består af tusindvis af atomer med, på tur, multipla af elektroner. Selv med supercomputere, den elektroniske struktur af en sådan halvlederkrystal kunne næppe beregnes, understreger den teoretiske kemiker, som for nylig afsluttede sin habilitering på Freie Universität. "Men vi udvikler metoder, der beskriver problemet ca. Bande forklarer. "I dette tilfælde, vi arbejdede med nedskalerede kvanteprikversioner af kun omkring hundrede atomer, som ikke desto mindre har de karakteristiske egenskaber ved ægte nanokrystaller."

Med denne tilgang, efter halvandet års udvikling og i samarbejde med prof. Jean Christophe Tremblay fra CNRS-Université de Lorraine i Metz, det lykkedes os at simulere samspillet mellem to kvanteprikker, hver lavet af hundredvis af atomer, som udveksler energi med hinanden. Specifikt, vi har undersøgt, hvordan disse to kvanteprikker kan absorbere, udveksle og permanent lagre energien styret af lys. En første lysimpuls bruges til excitation, mens den anden lysimpuls inducerer lagringen.

I alt, vi undersøgte tre forskellige par kvanteprikker for at fange effekten af ​​størrelse og geometri. Vi beregnede den elektroniske struktur med højeste præcision og simulerede den elektroniske bevægelse i realtid ved femtosekund opløsning (10 ^-15 s).

Resultaterne er også meget nyttige til eksperimentel forskning og udvikling inden for mange anvendelsesområder, for eksempel til udvikling af qubits eller til at understøtte fotokatalyse, at producere grøn brintgas ved sollys. "Vi arbejder konstant på at udvide vores modeller mod endnu mere realistiske beskrivelser af kvanteprikker, " siger Bande, "fx for at fange indflydelsen af ​​temperatur og miljø."