partícula de material semiconductor de dimensions de només diversos nanòmetres From Wikipedia, the free encyclopedia
Els punts quàntics (en anglès Quantum Dots) són partícules semiconductores de pocs nanòmetres de mida, que tenen propietats òptiques i electròniques que difereixen de les partícules més grans a causa de la mecànica quàntica. Són un tema central en nanotecnologia. Quan els punts quàntics són il·luminats per la llum UV, un electró del punt quàntic pot excitar-se fins a un estat d'energia superior. En el cas d'un punt quàntic semiconductor, aquest procés correspon a la transició d'un electró de la banda de valència a la banda de conducció. L'electró excitat pot tornar a caure a la banda de valència alliberant la seva energia mitjançant l'emissió de llum. Aquesta emissió de llum (fotoluminescència) s’il·lustra a la figura de la dreta. El color d'aquesta llum depèn de la diferència d'energia entre la banda de conductància i la banda de valència.
En el llenguatge de la ciència dels materials, els materials semiconductors a escala nanomètrica confinen estretament electrons o forats d'electrons. Els punts quàntics de vegades es coneixen com àtoms artificials, subratllant la seva singularitat, ja que tenen estats electrònics lligats i discrets, com els àtoms o molècules naturals. Es va demostrar que les funcions d'ona electrònica dels punts quàntics s'assemblen a les dels àtoms reals. Acoblant dos o més punts quàntics d'aquest tipus es pot fabricar una molècula artificial, que exhibeix hibridació fins i tot a temperatura ambient.
Els punts quàntics tenen propietats intermèdies entre semiconductors massius i àtoms o molècules discretes. Les seves propietats optoelectròniques canvien tant en funció de la mida com de la forma. Els QD més grans de 5-6 nm de diàmetre emeten longituds d'ona més llargues, amb colors com el taronja o el vermell. Els QD més petits (2-3 nm) emeten longituds d'ona més curtes, donant colors com el blau i el verd. No obstant això, els colors específics varien en funció de la composició exacta del QD.[1][2][3]
Les aplicacions potencials dels punts quàntics inclouen transistors d'un sol electró, cèl·lules solars, LEDs, làsers, fonts de fotó únic, segona generació d'harmònics, computació quàntica, investigació en biologia cel·lular, microscòpia, i imatge mèdica. La seva petita mida permet suspendre alguns QD en solució, cosa que pot conduir a la seva impressió d'injecció de tinta i revestiment de rotació. S'han utilitzat en pel·lícules primes de Langmuir-Blodgett. Aquestes tècniques de processament resulten en mètodes de fabricació de semiconductors menys costosos i que consumeixen menys temps.
El terme “quantum dot” fou concebut el 1988. Van ser descoberts per Alexey Ekimox en una matriu de cristall amb solucions col·loidals.[4][5]
Els punts quàntics també es coneixen amb el nom d'àtoms artificials, ja que es comporten com una partícula discreta :[7]
En els semiconductors, l'absorció de llum generalment fa que un electró s’exciti des de la valència fins a la banda de conducció, deixant enrere un forat. L'electró i el forat es poden unir entre si per formar un excitó. Quan aquest excitó es recombina (és a dir, l'electró reprèn el seu estat fonamental), l'energia de l'exciton es pot emetre com a llum. Això s’anomena fluorescència. En un model simplificat, l'energia del fotó emès es pot entendre com la suma de l'energia gap gap entre el nivell d'ocupació més alt i el nivell d'energia desocupat més baix, les energies de confinament del forat i l'electró excitat i l'energia lligada de l'exciton (el parell electró-forat).
Com que l'energia de confinament depèn de la mida del punt quàntic, tant l'aparició de l'absorció com l'emissió de fluorescència es poden ajustar canviant la mida del punt quàntic durant la seva síntesi. Com més gran és el punt, més vermella (menor energia) és l'aparició d'absorció i l'espectre de fluorescència. Per contra, els punts més petits absorbeixen i emeten llum més blava (energia superior). Articles recents de Nanotecnologia i altres revistes han començat a suggerir que la forma del punt quàntic també pot ser un factor en la coloració, però encara no hi ha prou informació disponible. A més, es va demostrar [54] que la vida útil de la fluorescència està determinada per la mida del punt quàntic. Els punts més grans tenen nivells d'energia més espaiats en què es pot atrapar el parell electró-forat. Per tant, els parells electró-forat en punts més grans viuen més temps fent que els punts més grans mostrin una vida més llarga.
Per millorar el rendiment quàntic de fluorescència, es poden fer punts quàntics amb closques d'un material semiconductor de bandgap més gran al seu voltant. Es suggereix que la millora es deu al reduït accés d'electrons i forats a vies de recombinació de superfícies no radiatives en alguns casos, però també a causa de la reducció de la recombinació Auger en altres.
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.