Får kvanteprikker til at lyse lysere

Forskere fra University of Alabama i Huntsville og University of Oklahoma har fundet en ny måde at kontrollere egenskaberne af kvanteprikker, de små bidder af halvledermateriale, der lyser i forskellige farver afhængigt af deres størrelse. Kvanteprikker, som er så små, at de begynder at udvise atomlignende kvanteegenskaber, har en bred vifte af potentielle anvendelser, fra sensorer, lysemitterende dioder, og solceller, til fluorescerende tags til biomedicinsk billeddannelse og qubits i kvanteberegning.

En nøgleegenskab ved kvanteprikker, der gør dem så nyttige, er deres fluorescens. Forskere kan "tune" kvanteprikker til at udsende en bestemt farve af lys ved at justere deres størrelse - små prikker lyser blåt og store prikker lyser rødt. Imidlertid, prikkernes evne til at lyse kan ændre sig over tid med eksponering for lys og luft.

Seyed Sadeghi, en fysiker ved University of Alabama i Huntsville, spekulerede på, om det ville være muligt bedre at kontrollere, hvordan kvanteprikker reagerer på deres miljø. Hans team havde tidligere fundet ud af, at placering af kvanteprikker af en bestemt type på nanometertynde lag af krom- og aluminiumoxider ændrede prikkernes adfærd væsentligt:​​aluminiumoxidet øgede deres emissionseffektivitet, mens chromoxidet øgede prikkernes nedbrydningshastighed, når de blev udsat for luft. Forskerne besluttede at udvide deres undersøgelser til kvanteprikker med forskellige strukturer.

Kvanteprikker kommer i en række forskellige former, størrelser, og materialer. For Sadeghi og hans kollegers seneste undersøgelser, offentliggjort i Journal of Applied Physics , forskerne undersøgte adfærden af ​​fire forskellige typer kommercielt tilgængelige kvanteprikker. Nogle af kvanteprikkerne havde beskyttende skaller, mens andre ikke gjorde det. Derudover nogle af prikkerne havde kerner lavet af binære materialer (to typer halvledere), mens andre havde ternære materialekerner (tre typer halvledere). Alle kvanteprikkerne var blevet fremstillet ved kemisk syntese.

Forskerne fandt ud af, at ultratynd aluminiumoxid kunne få kvanteprikker til at lyse lysere, og at effekten var meget mere signifikant for kvanteprikker uden beskyttende skaller. De fandt også ud af, at mens kvanteprikker med både binære og ternære kerner krymper efter at have reageret med ilten i luften, ternære kerneprikker placeret på aluminiumoxid lyste klarere på trods af krympningen. Denne observation overraskede forskerne, Sadeghi sagde, og selvom de endnu ikke har en forklaring på forskellen, de fortsætter med at studere det.

"Resultaterne af disse undersøgelser kan tjene til at øge emissionseffektiviteten af ​​kvanteprikker, hvilket er en vigtig funktion til mange applikationer, såsom lysemitterende enheder, sensorer, detektorer, fotovoltaiske apparater, og undersøgelse af en bred vifte af fysiske fænomener i kvante- og nanoskala, " sagde Sadeghi. Kvanteprikker har allerede hjulpet med at øge effektiviteten af ​​mange optiske enheder, han bemærkede, og videreudvikling og anvendelse af quantum dots unikke egenskaber, herunder inden for biologisk billeddannelse og medicin, fortsætter med at være et primært fokus for videnskabelig undersøgelse. Som et næste skridt i deres egen forskning, Sadeghi og hans kolleger planlægger at undersøge, hvordan metaloxider kan påvirke kvanteprikkernes adfærd, når de er tæt på metalliske nanopartikler.