Onderzoekers van MIPT en het RAS Institute of Problems of Chemical Physics hebben een eenvoudige en handige manier voorgesteld om via chemische veroudering willekeurig grote kwantumdots te verkrijgen die nodig zijn voor fysieke experimenten. De studie is gepubliceerd in Materialen Vandaag Chemie .

Colloïdale kwantumdots zijn kristallen van nanoformaat waarvan de grootte de frequentie bepaalt waarmee ze elektromagnetische straling uitzenden en absorberen. Ze worden gebruikt in zonnecellen, Tv-toestellen, brandalarmsystemen en meer.

Het MIPT Laboratory for Photonics of Quantum Nanostructures doet onderzoek met behulp van loodsulfide quantum dots. De conventionele benadering van hun synthese, bekend als hete injectie, omvat het mengen van twee zogenaamde voorlopers - verbindingen die lood en zwavel bevatten - onder bepaalde omstandigheden. Dit proces wordt gecontroleerd met behulp van speciale reagentia en apparatuur om kwantumdots van de gewenste grootte te creëren. Echter, de synthese is complex, kostbaar en levert geen punten van alle vereiste afmetingen op.

"Als een natuurkundige wat kwantumstippen nodig had, maar geen apparatuur had om ze te vervaardigen, ze gaven vroeger heel wat geld uit om synthese te laten maken of de producten uit het buitenland te bestellen via een catalogus. En je kon geen stippen van willekeurige grootte kopen, " zei Ivan Shuklov, plaatsvervangend hoofd van het MIPT Laboratorium voor Fotonica van Quantum Nanostructuren. "Dus zochten we naar een eenvoudige en betaalbare manier om loodsulfide-kwantumdots te verkrijgen waarvoor geen gespecialiseerde apparatuur of vaardigheden nodig waren en die stippen van elke grootte zouden produceren en daarom precies de benodigde eigenschappen zouden hebben."

Experimenteren met verschillende verbindingen, de onderzoekers ontdekten dat het spectrum van de kwantumdots veranderde in de aanwezigheid van een mengsel van oliezuur en oleylamine. Elektronenmicroscopie bood een beter zicht op wat er aan de hand was, dat laat zien dat mengsel van de twee chemicaliën de standaardsynthese daadwerkelijk omkeert, waardoor zwavel- en loodatomen zich terugtrekken in de oplossing, het geleidelijk verkleinen van de puntgrootte. Belangrijker, de puntgrootteverdeling bleef hetzelfde. Met andere woorden, je krijgt in principe dezelfde stippen die je had voordat je het mengsel introduceerde, alleen dat ze kleiner worden en daardoor hun eigenschappen veranderen.

De standaardbenadering voor het synthetiseren van kwantumdots maakt ook gebruik van oliezuur en oleylamine, maar de chemicaliën worden in verschillende stadia gebruikt. Het is hun gelijktijdige toepassing en onderlinge interactie die gecontroleerde kristalveroudering mogelijk bleek te maken. Dat is, de voorspelbare langetermijnverandering in kristaleigenschappen in de loop van de tijd.

"We hebben een oplossing voorgesteld waarmee een experimentator die kwantumdots van 10 nanometer heeft, deze morgen voorspelbaar kan reduceren tot 8 nanometer, tot 6 nanometer de dag erna, enzovoort. Overeenkomstig, de absorptiefrequentie zal de eerste keer veranderen van 2 micrometer naar 1,8 micrometer en vervolgens naar 1,5 micrometer, " legde Vladimir Razumov uit, het hoofd van het Laboratorium voor Fotonica van Quantum Nanostructuren bij MIPT. "In principe, van één batch generieke colloïdale kwantumdots, u kunt die produceren met precies de juiste maat en eigenschappen voor uw behoeften. Met onze techniek, een natuurkundige zonder speciale apparatuur, behalve enkele reageerbuizen, kan een monster van kwantumstippen in elk formaat omzetten. Het enige dat nodig is, is wachten tot de stippen 'verouderen' tot de juiste maat."