Quantum dots nemen snel een centrale plaats in opkomende toepassingen en onderzoeksontwikkelingen, van verbeterde lcd-tv's en dunnefilmzonnecellen, tot snelle gegevensoverdracht en fluorescerende labeling in biomedische toepassingen.

Onderzoekers bestuderen nog steeds hoe ze de groei van deze deeltjes op nanoschaal en hun onderliggende kwantumgedrag precies kunnen beheersen. Bijvoorbeeld, defecten ontstaan ​​tijdens de productie van halfgeleidermaterialen, dus identieke punten kunnen qua samenstelling van elkaar verschillen.

Voor meer informatie over deze gebreken - en of ze een vloek of een voordeel zijn - een Amerikaans onderzoeksteam, van de Universiteit van Illinois en de Universiteit van Washington, heeft, Voor de eerste keer, demonstreerde beeldvorming van een elektronisch geëxciteerde kwantumstip op meerdere oriëntaties. Ze rapporteren hun bevindingen deze week in The Journal of Chemical Physics .

"Begrijpen hoe de aanwezigheid van defecten opgewonden elektronische toestanden van kwantumstippen lokaliseert, zal helpen om de engineering van deze nanodeeltjes te bevorderen, " zei Martin Gruebele van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign en een co-auteur van het artikel.

Defecten worden vaak als vervelend ervaren, maar in het geval van quantum dot-toepassingen, ze zijn met opzet gemaakt door een willekeurig aantal materialen te doteren om specifieke functies te verlenen. "[M] atomen in een kwantumstip plaatsen of een ander soort atoom vervangen, zijn defecten die de elektronische structuur zullen veranderen en de halfgeleidbaarheid zullen veranderen, katalyse of andere eigenschappen van nanodeeltjes, Gruebele zei. "Als we kunnen leren ze beter te karakteriseren en nauwkeurig te controleren hoe ze worden geproduceerd, defecten worden wenselijke doteringsmiddelen in plaats van hinderlijk."

In 2005, Gruebele's team creëerde een nieuwe beeldtechniek, genaamd single molecule absorptie scanning tunneling microscopie (SMA-STM), die de hoge ruimtelijke resolutie van een scanning tunneling microscoop combineert met de spectrale resolutie van een laser. Met SMA-STM kunnen individuele nanodeeltjes worden afgebeeld in een laserstraal, zodat hun opgewonden elektronische structuur kan worden gevisualiseerd.

Met behulp van de dunne, scherpe metalen draadpunt van de scanning tunneling microscoop, ze rollen de laser-opgewonden kwantumstip op het oppervlak om plakjes in verschillende oriëntaties af te beelden. De plakjes kunnen worden gecombineerd om een ​​3D-beeld van een elektronisch geëxciteerde kwantumdot te reconstrueren.

Hoewel het onderzoek in dit artikel beperkt was tot kwantumdots van loodsulfide en cadmiumselenide/zinksulfide, de techniek kan potentieel worden uitgebreid naar andere composities. Verder, SMA-STM kan ook worden gebruikt om andere nanostructuren te onderzoeken, zoals koolstofnanobuisjes en fotokatalytische metaalclusters.

Onderzoekers werken nu aan de ontwikkeling van SMA-STM tot een tomografietechniek met één deeltjes. Maar, voordat SMA-STM een "echte single-particle tomography-benadering wordt, " ze moeten er nog steeds voor zorgen dat het scannen en rollen het nanodeeltje niet beschadigt terwijl het wordt geheroriënteerd.

"We speculeren dat in de toekomst, het is misschien mogelijk om tomografie met één deeltjes uit te voeren als schade aan kwantumdots kan worden vermeden tijdens herhaalde manipulatie, ' zei Gruebele.

Single-particle tomografie zou een duidelijker beeld opleveren dan conventionele tomografie door defecten in individuele nanodeeltjes te onderscheiden in plaats van opnieuw een gemiddeld 3D-beeld te creëren dat de metingen van vele deeltjes combineert.