Onderzoekers van de Universiteit van Alabama in Huntsville en de Universiteit van Oklahoma hebben een nieuwe manier gevonden om de eigenschappen van kwantumstippen te controleren. die kleine stukjes halfgeleidermateriaal die verschillende kleuren gloeien, afhankelijk van hun grootte. Kwantumstippen, die zo klein zijn dat ze atoomachtige kwantumeigenschappen beginnen te vertonen, hebben een breed scala aan potentiële toepassingen, van sensoren, lichtgevende dioden, en zonnecellen, tot fluorescerende tags voor biomedische beeldvorming en qubits in kwantumcomputing.

Een belangrijke eigenschap van kwantumdots die ze zo nuttig maakt, is hun fluorescentie. Wetenschappers kunnen kwantumstippen "afstemmen" om een ​​specifieke kleur licht uit te zenden door hun grootte aan te passen:kleine stippen lichten blauw op en grote stippen lichten rood op. Echter, het vermogen van de stippen om te gloeien kan in de loop van de tijd veranderen bij blootstelling aan licht en lucht.

Seyed Sadeghi, een natuurkundige aan de Universiteit van Alabama in Huntsville, vroeg zich af of het mogelijk zou zijn om beter te controleren hoe kwantumstippen op hun omgeving reageren. Zijn team had eerder ontdekt dat het plaatsen van kwantumstippen van een bepaald type op nanometerdunne lagen chroom en aluminiumoxide het gedrag van de stippen aanzienlijk veranderde:het aluminiumoxide verhoogde hun emissie-efficiëntie, terwijl het chroomoxide de afbraaksnelheid van de stippen verhoogde bij blootstelling aan lucht. De onderzoekers besloten hun onderzoek uit te breiden naar kwantumstippen met verschillende structuren.

Quantum dots zijn er in verschillende vormen, maten, en materialen. Voor de meest recente studies van Sadeghi en zijn collega's, gepubliceerd in de Tijdschrift voor Toegepaste Natuurkunde , de onderzoekers onderzochten het gedrag van vier verschillende soorten commercieel verkrijgbare kwantumstippen. Sommige kwantumstippen hadden beschermende omhulsels, terwijl anderen dat niet deden. Aanvullend, sommige stippen hadden kernen gemaakt van binaire materialen (twee soorten halfgeleiders), terwijl anderen ternaire materiaalkernen hadden (drie soorten halfgeleiders). Alle kwantumstippen waren vervaardigd door chemische synthese.

De onderzoekers ontdekten dat ultradun aluminiumoxide kwantumdots helderder kon laten gloeien en dat het effect veel groter was voor kwantumdots zonder beschermende omhulsels. Ze ontdekten ook dat terwijl kwantumdots met zowel binaire als ternaire kernen krimpen na reactie met de zuurstof in lucht, ternaire kernpunten op aluminiumoxide gloeiden helderder ondanks de krimp. Deze observatie verraste de onderzoekers, Sadeghi zei, en hoewel ze nog geen verklaring hebben voor het verschil, ze blijven het bestuderen.

"De resultaten van deze onderzoeken kunnen dienen om de emissie-efficiëntie van kwantumdots te verbeteren, wat een belangrijk kenmerk is voor veel toepassingen, zoals lichtgevende apparaten, sensoren, detectoren, fotovoltaïsche apparaten, en het onderzoek van een breed scala van fysische verschijnselen op kwantum- en nanoschaal, " zei Sadeghi. Quantum dots hebben al bijgedragen aan het verhogen van de efficiëntie van veel optische apparaten, hij merkte, en de verdere ontwikkeling en toepassing van de unieke eigenschappen van quantum dots, onder meer op het gebied van biologische beeldvorming en geneeskunde, blijft een belangrijk aandachtspunt van wetenschappelijk onderzoek. Als volgende stap in hun eigen onderzoek, Sadeghi en zijn collega's zijn van plan te onderzoeken hoe metaaloxiden het gedrag van kwantumstippen kunnen beïnvloeden wanneer ze zich in de buurt van metalen nanodeeltjes bevinden.