Zogenaamde quantum dots zijn een nieuwe klasse materialen met veel toepassingen. Quantum dots worden gerealiseerd door minuscule halfgeleiderkristallen met afmetingen in het nanometerbereik. De optische en elektrische eigenschappen kunnen worden geregeld door de grootte van deze kristallen. Als QLED's, ze zijn al op de markt in de nieuwste generaties tv-flatscreens, waar ze een bijzonder briljante kleurweergave met hoge resolutie garanderen. Echter, quantum dots worden niet alleen gebruikt als kleurstoffen, ze worden ook gebruikt in zonnecellen of als halfgeleiderapparaten, tot aan computationele bouwstenen, de qubits, van een kwantumcomputer.

Nutsvoorzieningen, een team onder leiding van Dr. Annika Bande van de HZB heeft het begrip van de interactie tussen verschillende kwantumstippen uitgebreid met een atomistische kijk in een theoretische publicatie.

Annika Bande leidt de groep "Theory of Electron Dynamics and Spectroscopy" aan de HZB en is vooral geïnteresseerd in de oorsprong van kwantumfysische verschijnselen. Hoewel kwantumstippen extreem kleine nanokristallen zijn, ze bestaan ​​uit duizenden atomen met, beurtelings, veelvouden van elektronen. Zelfs met supercomputers, de elektronische structuur van zo'n halfgeleiderkristal kon nauwelijks worden berekend, benadrukt de theoretische chemicus, die onlangs haar habilitatie aan de Freie Universität heeft afgerond. "Maar we ontwikkelen methoden die het probleem bij benadering beschrijven, " legt Bande uit. "In dit geval we werkten met verkleinde quantum dot-versies van slechts ongeveer honderd atomen, die niettemin beschikken over de karakteristieke eigenschappen van echte nanokristallen."

Met deze aanpak, na anderhalf jaar ontwikkeling en in samenwerking met Prof. Jean Christophe Tremblay van de CNRS-Université de Lorraine in Metz, we zijn erin geslaagd de interactie van twee kwantumstippen te simuleren, elk gemaakt van honderden atomen, die energie met elkaar uitwisselen. specifiek, hebben we onderzocht hoe deze twee kwantumstippen kunnen absorberen, de door licht gecontroleerde energie uitwisselen en permanent opslaan. Een eerste lichtpuls wordt gebruikt voor excitatie, terwijl de tweede lichtpuls de opslag induceert.

In totaal, we hebben drie verschillende paren kwantumstippen onderzocht om het effect van grootte en geometrie vast te leggen. We hebben de elektronische structuur met de hoogste precisie berekend en de elektronische beweging in realtime gesimuleerd met een resolutie van femtoseconde (10 ^-15 s).

De resultaten zijn ook zeer nuttig voor experimenteel onderzoek en ontwikkeling in vele toepassingsgebieden, bijvoorbeeld voor de ontwikkeling van qubits of ter ondersteuning van fotokatalyse, om groen waterstofgas te produceren door zonlicht. "We werken voortdurend aan het uitbreiden van onze modellen naar nog realistischere beschrijvingen van kwantumstippen, " zegt Bande, "bijvoorbeeld om de invloed van temperatuur en omgeving vast te leggen."