Finjustering af emissioner fra kvantepunkter

Små partikler af stof kaldet kvanteprikker, som udsender lys med usædvanligt rene og lyse farver, har fundet en fremtrædende rolle som biologiske markører. Ud over, de realiserer deres potentiale i computer- og tv -skærme, og har løfte om solid-state belysning. Ny forskning på MIT kunne nu gøre disse kvantepunkter endnu mere effektive til at levere præcist afstemte lysfarver.

Disse materialer, kaldet kolloidale halvleder quantum dot nanokrystaller, kan udsende enhver lysfarve, afhængigt af deres nøjagtige størrelse eller sammensætning. Men der er en vis variation i spredningen af ​​farver, som forskellige partier af nanokrystaller producerer, og indtil nu har der ikke været nogen måde at fortælle, om denne variation kom fra individuelle partikler eller fra variationer mellem nanokrystaller i et parti.

Det er det puslespil, et MIT -team nu har løst, ved hjælp af en ny observationsmetode. Resultaterne vises i journalen Naturkemi i et oplæg af kemiprofessor Moungi Bawendi, kandidatstuderende Jian Cui, og seks andre.

For mange applikationer-f.eks. Fladskærme-er det vigtigt at lave partikler, der udsender en bestemt, ren lysfarve. Så, Det er vigtigt at vide, om en given proces producerer nanokrystaller med et iboende snævert eller bredt spektrum af farveemissioner.

"Du er nødt til at forstå, hvordan spektret af en enkelt partikel forholder sig til spektret for hele ensemblet, "Siger Cui. Men eksisterende observationsmetoder, der registrerer et helt ensemble, producerer data, der" slører informationen, "og metoder, der forsøger at udtrække data fra enkeltpartikler, har begrænsninger.

Iagttager milliarder på én gang

Den nye metode, udviklet i Bawendis laboratorium, er en radikal afvigelse fra konventionelle midler til at observere lysemissioner fra enkeltemittere. Normalt, dette gøres ved at isolere individuelle emittere, stabilisere dem på et underlag, og observere dem en ad gangen.

Men denne tilgang har to ulemper, Bawendi forklarer:"Du får kun små tal, fordi du kigger på en ad gangen, og der er en udvælgelsesforstyrrelse, fordi man normalt ser på de lyse. "

Den nye metode-kaldet foton-korrelation Fourier-spektroskopi i opløsning-gør det muligt at ekstrahere enkeltpartikelspektrale egenskaber fra en stor gruppe partikler. Selvom det ikke fortæller dig den spektrale spidsbredde for en bestemt partikel, det giver dig den gennemsnitlige enkeltpartikel-spektralbredde fra milliarder af partikler, afslører, om de enkelte partikler producerer rene farver eller ej.

Ud over, Bawendi forklarer, partiklerne "er ikke isoleret på en overflade, men [er] i deres naturlige miljø, i en løsning. "Med de traditionelle metoder, "Der er altid et spørgsmål:Hvor meget påvirker overfladen resultaterne?"

Metoden fungerer ved at sammenligne par fotoner udsendt af individuelle partikler. Det fortæller dig ikke den absolutte farve på en bestemt partikel, men det giver et repræsentativt statistisk mål for hele partikelsamlingen. Det gør dette ved at belyse prøveopløsningen med en laserstråle og detektere det udsendte lys på ekstremt korte tidsskalaer. Så selvom forskellige partikler ikke differentieres i rummet, de kan differentieres i tide, når de driver ind og ud af den smalle laserstråle og tændes af strålen.

"Vi får den gennemsnitlige enkeltpartikellinjebredde i løsningen, uden valgfrihed, "Siger Cui. Ved at anvende denne metode til fremstilling af quantum dot -nanokrystaller, MIT -teamet kan bestemme, hvor godt forskellige metoder til syntetisering af partiklerne fungerer.

Finjustering af processen

"Det var et åbent spørgsmål om linjebredderne med en prik var variable eller ej, "Siger Cui. Nu, han og hans kolleger kan bestemme dette for hver variation i fremstillingsprocessen, og begynd at finjustere processen for at producere det mest nyttige output til forskellige applikationer.

Ud over computerskærme, sådanne partikler har anvendelser inden for biomedicinsk forskning, hvor de bruges som farvningsmidler til forskellige biokemikalier. Jo mere præcise partiklernes farver er, jo større antal forskellige farvede partikler, der kan bruges på én gang i en prøve, hver målrettet mod en anden slags biomolekyle.

Ved hjælp af denne metode, forskerne var i stand til at vise, at et meget brugt materiale til kvantepunkter, cadmium selenid, producerer faktisk meget rene farver. Men, de fandt ud af, at andre materialer, der kunne erstatte cadmiumselenid eller producere forskellige farver, såsom indiumphosphid, kan også have iboende meget rene farver. Tidligere har dette var et åbent spørgsmål.

Todd Krauss, en professor i kemi ved University of Rochester, som ikke var involveret i denne forskning, siger MIT -teamets "tilgang er meget smart og bygger på, hvad denne gruppe har gjort tidligere." Det er vigtigt at måle individuelle partiklers linjebredder, han siger, i optimering af applikationer såsom fjernsynsskærme og biologiske markører. Han tilføjer, "Vi burde være i stand til at gøre meget bedre skridt nu, når denne teknik er offentliggjort, på grund af evnen til at få enkeltpartikellinjebredder på mange partikler på én gang. "

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT -forskning, innovation og undervisning.