Kvanttäpp

Allikas: Vikipeedia
(Ümber suunatud leheküljelt Kvantpunkt)
Quantum Dots with emission maxima in a 10-nm step are being produced in a kg scale at PlasmaChem GmbH

Kvanttäpp (kvantpunkt) on fluorestseeruv, tavaliselt pooljuhtmaterjalist nanoosake, mille tüüpiline suurus on 10 kuni 100 aatomit (2 kuni 10 nm), suuremad kvanttäpid võivad koosneda kuni 100000 aatomist ja olla 50 kuni 100 nm suurused(nt InGaAs, CdSe,GaInP/InP). Sellise suurusega osakese käitumises ilmnevad kvantmehaanika nähtused. Kvanttäpis on laengukandjad (elektronid ja augud)piiratud kõigis kolmes ruumi mõõtmes. Kvanttäpi omadused on pooljuhtide ja üksikmolekulidest ainete vahepealsed. Kvanttäpi energiaspekter on diskreetne ja statsionaarsete energianivoode vaheline kaugus sõltub kvanttäpi suurusest (pöördvõrdelises sõltuvuses kvanttäpi mõõtme ruudust). Seetõttu saab kvanttäpi suuruse muutmisega muuta ergastamisel kiiratava valguskvandi energiat ja seega kiiratava valguse värvust - osakese suuruse vähendamisel muutub kiiratav valgus sinisemaks ja vastupidi. See ongi kvanttäpi põhiline eelis - võimalus kvanttäpi suuruse ja kuju muutmisega täpselt "häälestada" kiiratava valguse värvust.

Esimesed kvanttäpid valmistati 1980-ndate aastate esimesel poolel. Väljatöötamisel on kvanttäpitehnoloogial põhinevad valgusdioodid, kuvarid, laserid, päikeseelemendid, markerid bioloogias ja kuvamiseadmed meditsiinis.

Kvandi piiramine pooljuhtides[muuda | redigeeri lähteteksti]

  • Mitte-kitsendatud (mitte-piiratud) pooljuhtides on elektron-auk paar tüüpiliselt seotud iseloomuliku pikkusega sidemega, mida nimetatakse Bohr’i eksiton raadiuseks. Kui elektroni ja augu vahe on rohkem piiratud, muutuvad pooljuhi omadused. See efekt on kvandi piiramise üks vorm ning on üheks võtmeomaduseks paljudes levivates elektroonilistes strkutuurides.
  • Teised piiratud kvandiga pooljuhid on:
    • Kvandi juhtmed, kus piiravad elektorne ja auke kahes ruumilises dimensioonis ja lubavad vaba levimist kolmanadas
    • Kvantpotentsiaaliaugud, mis piiravad elektrone ja auke ühes dimesioonis ning lubavad vaba levimist kahes dimensioonis.

Kvanttäppide optilised omadused[muuda | redigeeri lähteteksti]

  • Aerosool-kvanttäppide vahetu optiline omadus on nende värv. Samast materjalist kvanttäpid, millel on erinev suurus, saavad kiirata erinevat värvi valgust.Mida suurem on täpp, seda punasem (väiksema energiaga) on selle fluorestsentsspekter. Vastupidiselt, väiksemad kvanttäpid kiirgavad sinisemat (suurema energiaga) valgust. Värvus on otseselt seotud kvanttäpi energiatasemetega.
  • Kvantitatiivselt, side-vahe(side-tühimik) energia, mis määrab fluorestsentsvalguse energia (ja sealjuures ka värvi) on pöördvõrdeline kvanttäpi mõõtme ruuduga. Ebg ~ 1/d2.
  • Suurematel kvanttäppidel on rohkem energiatasemeid, mis asetsevad rohkem lähestikku. See lubab kvanttäpil neelata footoneid, milles on vähem energiat, näiteks neid, mis on spektri punasele osale lähemal
  • Hiljutistes uuringutes on selgunud, et ka kvanttäpi kuju võib mõjutada värvust.
  • Veelgi enam, hiljuti näidati, et fluorestsentsi eluiga on määratud suurusega. Suurematel punktidel on rohkem lähestikku paiknevad energiatasemed, milles on võimalik kinni püüda elektron-auk paar. Seetõttu elevad elektron-auk paarid suuremates punktides kauem ning suuremate punktide eluiga on pikem.
  • Sarnaselt molekuliga on kvanttäpil nii kvanditud energiaspekter kui ka kvanditud elektrooniliste olekute pinge sideme äärealade läheduses.

Kvanttäppide rakendusi[muuda | redigeeri lähteteksti]

  • Kvanttäpid on iseäranis olulised optilistes rakendustes nende teoreetiliselt suure kvantide kiirgamistaseme tõttu Q = kiiratud footonid) Elektrilistes rakendustes näitavad need kuloni blokaadi efekti ning on tõestatud, et toimivad kui üksik elektron transistor.
  • Kvanttäppide suuruse muutmise võimalus on paljudes rakendustes eeliseks. Näiteks suurem kvant ilmutab vähem teadaolevaid kvandi omadusi. Vastupidiselt öelduna: väiksemad osakesed võimaldavad ära kasutada kvandi omadusi.
  • Olles null-dimesionaalne, on kvanttäppidel järsem olekute pinge kui rohkemate dimensioonidega struktuuridel. Selle tulemusena on neil paremad transpordi- ja optilised omadused ning on uuritud nende sobivust kasutamiseks diood-laserites, võimendites ja bioloogilistes andurites.
  • Kvanttäppe saab ergastada lokaalselt suurendatud elektromagnetväljades, mis on toodetud kulla nanoosakestest ning mida saab vaadelda ZnS nanokristallide fotoluminestsents ergastuse spektri (CdSe) pinna plasma resonantsilt.
  • Kõrgekvaliteedilised kvanttäpid sobivad hästi optiliseks kodeerimiseks ja rakenduste mitmekordistamiseks tulenevalt nende laiast ärrituvuse profiilist ja kitsast/sümmeetrilisest kiirguse spektrumist.
  • Kvanttäppide uuel põlvkonnal on kaugeleulatuv potentsiaal rakusisesteks uuringuteks üksik-molekuli tasandil, kõrg-resolutsiooniliseks rakuliseks kujutamiseks (pildiliseks reproduktsiooniks), pikaajaliseks in vivo rakkude liikumise jälgmiseks, kasvajaliste protsesside tabamiseks ja diagnoosimiseks.