Kemikere går tilbage til fremtiden for at opklare mysteriet om kvantepunkter

I mere end 30 år har forskere har skabt kvantepunkter - små, krystallinsk, nanoskala halvledere med bemærkelsesværdige optiske og elektroniske egenskaber.

De har anvendt dem til at forbedre fjernsyn, for eksempel, for at forbedre farven kraftigt. En lang række andre applikationer forfølges, involverer integrerede kredsløb, solceller, computing, medicinsk billeddannelse, og inkjetudskrivning, blandt andre.

Men quantum dot syntese er i vid udstrækning sket ved forsøg og fejl, fordi lidt er blevet forstået om, hvordan de kemikalier, der er involveret i fremstilling af kvanteprikker - nogle meget giftige - faktisk interagerer for at danne de resulterende nanopartikler.

Det kan være ved at ændre sig. I et papir i Naturkommunikation , Todd Krauss, professor og formand for Institut for Kemi ved University of Rochester, og ph.d. -studerende Leah Frenette, hovedforfatteren, beskrive de underliggende mekanismer, der er involveret i dannelsen af ​​en meget udbredt klasse af kvantepunkter, der anvender cadmium- og selenforbindelser som deres molekylære forstadier.

Ironisk, holdet opdagede, at på et tidspunkt under denne proces, det sikrere, mere kontrollerbare forbindelser, der nu anvendes, nedbrydes til de samme meget toksiske forbindelser, der blev brugt i den indledende kvantepunktproduktion for 30 år siden.

"Vi er i det væsentlige gået 'tilbage til fremtiden' med vores opdagelse, "siger Krauss." Det, Leah opdagede, var, under quantum dot syntese reaktion, de aktuelt anvendte forbindelser nedbrydes til de kemikalier, vi har forsøgt at undgå i årtier, som derefter reagerer for at danne kvanteprikkerne. "

Fundene, Krauss siger, udgøre en "grundlæggende opdagelse", der potentielt kan:

1. Føre til fjernelse af mange gætterier i produktionen af ​​cadmium/selen -kvantepunkter, der har ført til inkonsekvenser og irreproducerbarhed, hindrer industrielle anvendelser.
2. Advarselsforskere og virksomheder, der arbejder med storskala quantum dot synteser om, at de meget giftige hydrogenselenid- og cadmiumakylkomplekser (uden tvivl de farligste kemikalier i verden) stadig "lurer" som en del af synteseprocessen.
3. Hjælp med at forklare den kemiske adfærd af fosfiner, der bruges i en bred vifte af kvantumpunktreaktioner ved høje temperaturer.

Quantum prikker, som udviser egenskaber mellem mellemledere og enkeltmolekyler er særligt interessante materialer, fordi de har egenskaber, der er meget "tunable". For eksempel, større kvantepunkter udsender længere bølgelængder, producerer røde og appelsiner. Mindre prikker udsender kortere bølgelængder, hvilket resulterer i blues og greener, selvom de specifikke farver og størrelser varierer afhængigt af den nøjagtige sammensætning af kvantepunktet.

"Du ændrer temperaturen, du ændrer forstadiekoncentrationerne, du ændrer kolbens volumen, du ændrer opløsningsmidlet, og til sidst finder du den rigtige kombination af faktorer, der giver dig partikler (prikker) af høj kvalitet, "Siger Krauss.

Han sammenligner de nuværende syntetiske tilgange med en audiofil, der justerer diskant- og basknapperne på et lydsystem, uden nogen dyb forståelse af sinusbølger.

"Det virker. Men på et tidspunkt føler vi, at du skal finde ud af præcis, hvordan prikkerne er lavet, og det er det, der vil føre til fremtidige gennembrud for at gøre dem væsentligt bedre, "Siger Krauss.