Da biste primili opšta ideja o svojstvima materijalnih objekata i zakonima u skladu s kojima "živi" svima poznati makrokosmos, uopće nije potrebno diplomirati na višim obrazovne ustanove jer se svaki dan svako suočava sa njihovim manifestacijama. Iako se u posljednje vrijeme sve češće spominje princip sličnosti, čije pristalice tvrde da su mikro i makro svjetovi vrlo slični, ipak postoji razlika. To je posebno vidljivo na vrlo malim veličinama tijela i objekata. kvantne tačke, koji se ponekad naziva i nanotačkama, samo je jedan od ovih slučajeva.

manje od manje

Prisjetimo se klasične strukture atoma, na primjer, vodika. Uključuje jezgro, koje zbog prisustva pozitivno nabijenog protona u njemu ima plus, odnosno +1 (pošto je vodonik prvi element u periodnom sistemu). Shodno tome, elektron (-1) se nalazi na određenoj udaljenosti od jezgra, formirajući elektronsku ljusku. Očigledno, ako povećate vrijednost, to će dovesti do dodavanja novih elektrona (podsjetite se: općenito, atom je električno neutralan).

Udaljenost između svakog elektrona i jezgra određena je energetskim nivoima negativno nabijenih čestica. Svaka orbita je konstantna, ukupna konfiguracija čestica određuje materijal. Elektroni mogu skakati iz jedne orbite u drugu, apsorbirajući ili oslobađajući energiju kroz fotone jedne ili druge frekvencije. Najudaljenije orbite sadrže elektrone sa maksimalnim energetskim nivoom. Zanimljivo je da sam foton ispoljava dvostruku prirodu, jer se istovremeno definira kao čestica bez mase i elektromagnetno zračenje.

Sama riječ "foton" je grčkog porijekla, znači "čestica svjetlosti". Stoga se može tvrditi da kada elektron promijeni svoju orbitu, on apsorbira (oslobađa) kvantum svjetlosti. AT ovaj slučaj prikladno je objasniti značenje druge riječi - "kvant". U stvari, nema ništa komplikovano. Riječ dolazi od latinskog "quantum", što se doslovno prevodi kao najmanja vrijednost bilo koje fizičke veličine (ovdje - zračenje). Objasnimo na primjeru šta je kvant: ako je pri mjerenju težine najmanja nedjeljiva vrijednost bio miligram, onda bi se to moglo tako nazvati. Ovako se tako jednostavno objašnjava jedan naizgled komplikovan pojam.

Objašnjene kvantne tačke

Često u udžbenicima možete pronaći sljedeću definiciju za nanotačku - ovo je izuzetno mala čestica bilo kojeg materijala, čija je veličina uporediva s vrijednošću emitirane valne dužine elektrona (puni spektar pokriva granicu od 1 do 10 nanometara). Unutar njega vrijednost jednog negativnog nosioca naboja je manja nego izvana, pa je elektron ograničen u kretanju.

Međutim, termin "kvantne tačke" može se drugačije objasniti. Elektron koji je apsorbirao foton "diže" se na viši energetski nivo, a na njegovom mjestu se formira "nedostatak" - takozvana rupa. Prema tome, ako elektron ima -1 naboj, onda rupa ima +1. U nastojanju da se vrati u prethodno stabilno stanje, elektron emituje foton. Veza nosilaca naboja "-" i "+" u ovom slučaju se naziva eksciton i u fizici se shvata kao čestica. Njegova veličina zavisi od nivoa apsorbovane energije (viša orbita). Kvantne tačke su upravo te čestice. Frekvencija energije koju emituje elektron direktno zavisi od veličine čestica datog materijala i eksitona. Treba napomenuti da se percepcija boje svjetlosti ljudskim okom temelji na različitim

LED, LCD, OLED, 4K, UHD... čini se da je poslednja stvar koja trenutno treba TV industriji još jedna tehnička skraćenica. Ali napredak se ne može zaustaviti, upoznajte još par slova - QD (ili Quantum Dot). Odmah napominjem da izraz "kvantne tačke" u fizici ima šire značenje nego što je potrebno za televizore. Ali u svjetlu trenutne mode za sve nanofizičko, trgovci velike korporacije rado počeo da primenjuje ovaj težak naučni koncept. Stoga sam odlučio da shvatim kakve su to kvantne tačke i zašto će svi poželjeti da kupe QD TV.

Prvo, malo nauke u pojednostavljenom obliku. "Kvantna tačka" je poluvodič čija električna svojstva zavise od njegove veličine i oblika (wiki). Mora biti toliko mali da efekti kvantne veličine budu izraženi. A ti efekti su regulisani veličinom upravo ove tačke, tj. od "dimenzija", ako je ova riječ primjenjiva na tako male objekte, energija emitiranog, na primjer, fotona zavisi - zapravo, boja.

Quantum-Dot-TV LG, koji će po prvi put biti prikazan na CES 2015

Još više rečeno potrošačima, to su sitne čestice koje će početi svijetliti u određenom spektru ako su osvijetljene. Ako se nanose i "trljaju" na tankom filmu, a zatim osvijetljeni, film će početi sjajno luminescirati. Suština tehnologije je da se veličina ovih tačaka lako kontroliše, što znači da se postiže tačna boja.

Opseg boja QD televizora, prema QD Vision, je 1,3 puta veći od konvencionalnih televizora i u potpunosti pokriva NTSC

Zapravo, nije toliko važno koje ime izaberu velike korporacije, glavno je šta ono treba dati potrošaču. A ovdje je obećanje prilično jednostavno - poboljšana reprodukcija boja. Da biste bolje razumjeli kako će to "kvantne tačke" pružiti, morate se sjetiti dizajna LCD ekrana.

Svetlost ispod kristala

LCD TV (LCD) se sastoji od tri glavna dijela: bijelog pozadinskog osvjetljenja, filtera u boji (odvajajući sjaj na crvenu, plavu i zelene boje) i matricu od tekućih kristala. Potonji izgleda kao mreža sićušnih prozora - piksela, koji se, pak, sastoje od tri podpiksela (ćelije). Tečni kristali, poput roleta, mogu blokirati svjetlosni tok ili, naprotiv, potpuno se otvoriti, postoje i međustanja.

PlasmaChem GmbH proizvodi "kvantne tačke" u kilogramima i pakuje ih u bočice

Kada Bijelo svjetlo koje emituju LED diode (LED, danas je već teško naći televizor sa fluorescentne lampe, kao što je to bilo prije samo nekoliko godina), prolazi, na primjer, kroz piksel čije su zelene i crvene ćelije zatvorene, onda vidimo plavo. Stepen „učešća“ svakog RGB piksela se menja i tako se dobija slika u boji.

Veličina kvantnih tačaka i spektar u kojem emituju svjetlost, prema Nanosysu

Kao što možete zamisliti, potrebne su najmanje dvije stvari da bi se osigurao kvalitet boje na slici: precizni filteri u boji i pravilno bijelo pozadinsko osvjetljenje, po mogućnosti sa širokim spektrom. Upravo sa ovim drugim, LED diode imaju problem.

Prvo, one zapravo nisu bijele, osim toga, imaju vrlo uzak spektar boja. To jest, širina spektra bijele boje postiže se dodatnim premazima - postoji nekoliko tehnologija, češće od ostalih koriste se takozvane fosforne diode s dodatkom žute boje. Ali čak i ova "kvazi-bela" boja još uvek nije u skladu sa idealom. Ako ga provučete kroz prizmu (kao na času fizike u školi), neće se raspasti na sve dugine boje istog intenziteta, kao što se dešava sa sunčeva svetlost. Crvena će, na primjer, izgledati mnogo slabije od zelene i plave.

Ovako izgleda spektar tradicionalne LED rasvjete. Kao što možete vidjeti plavi ton mnogo intenzivnije, a zelena i crvena su neravnomjerno prekrivene filterima tečnih kristala (linije na grafikonu)

Inženjeri, naravno, pokušavaju popraviti situaciju i smisliti rješenja. Na primjer, možete smanjiti nivoe zelene i plave u TV postavkama, ali to će uticati na ukupnu svjetlinu - slika će postati bljeđa. Stoga su svi proizvođači tražili izvor bijele svjetlosti, čiji bi raspad rezultirao ujednačenim spektrom sa bojama iste zasićenosti. Tu u pomoć priskaču kvantne tačke.

kvantne tačke

Da vas podsjetim da ako govorimo o televizorima, onda su "kvantne tačke" mikroskopski kristali koji luminesciraju kada svjetlost udari u njih. Mogu da "gore" u mnogima razne boje, sve zavisi od veličine tačke. A s obzirom na to da su sada naučnici naučili da gotovo savršeno kontroliraju njihovu veličinu mijenjajući broj atoma od kojih se sastoje, možete dobiti sjaj upravo one boje koja vam je potrebna. Takođe, kvantne tačke su veoma stabilne - ne menjaju se, što znači da će tačka stvorena za luminiscenciju sa određenom nijansom crvene skoro uvek zadržati ovu nijansu.

Ovako izgleda LED spektar koristeći QD film (prema QD Vision)

Inženjeri su došli na ideju da koriste tehnologiju na sljedeći način: premaz "kvantne tačke" nanosi se na tanak film, dizajniran da svijetli određenom nijansom crvene i zelene. A LED je samo plava. A onda će neko odmah pogoditi: "sve je jasno - postoji izvor plave boje, a tačke će dati zelenu i crvenu, tako da ćemo dobiti isti RGB model!". Ali ne, tehnologija radi drugačije.

Mora se imati na umu da su "kvantne tačke" na istoj veliki list i nisu podijeljeni na podpiksele, već jednostavno pomiješani jedni s drugima. Kada plava dioda zasja na filmu, tačke emituju crvenu i zelenu, kao što je već pomenuto, i tek kada se sve ove tri boje pomešaju, ovo je idealan izvor bele svetlosti. I da vas podsjetim da je visokokvalitetno bijelo svjetlo iza matrice zapravo jednako prirodnoj reprodukciji boja za oči gledatelja s druge strane. U najmanju ruku, jer ne morate napraviti korekciju sa gubitkom ili izobličenjem spektra.

To je još uvijek LCD TV

Širok raspon boja bit će posebno koristan za nove 4K televizore i 4:4:4 poduzorkovanje boja koje očekujemo u budućim standardima. To je sve u redu, ali zapamtite da kvantne tačke ne rješavaju druge probleme s LCD televizorima. Na primjer, gotovo je nemoguće dobiti savršenu crnu, jer tečni kristali (ti isti „sjenila“, kao što sam gore napisao) nisu u stanju potpuno blokirati svjetlost. Mogu samo da se „pokriju“, ali ne i potpuno zatvore.

Kvantne tačke su dizajnirane da poboljšaju reprodukciju boja, a to će značajno poboljšati utisak slike. Ali ovo nije OLED tehnologija ili plazma, gdje pikseli mogu potpuno prekinuti dovod svjetlosti. kako god plazma televizori u penziji, a OLED je i dalje preskup za većinu potrošača, pa je i dalje dobro znati da će nam proizvođači uskoro ponuditi nova vrsta LED televizori koji će bolje pokazati.

Koliko košta "kvantni TV"?

Prvi QD-TV Sony, Samsung i LG obećavaju da će biti prikazani na CES 2015. u januaru. Međutim, kineski TLC Multimedia je ispred svih, već su objavili 4K QD TV i kažu da će uskoro stići u prodavnice u Kini.

TCL-ov 55" QD TV prikazan na IFA 2014

Na ovog trenutka navedite tačnu cijenu televizora sa nova tehnologija Nemoguće, čekamo zvanična saopštenja. Napisali su da će cijena QD-a biti tri puta jeftinija od OLED-a, sličnog po funkcionalnosti. Osim toga, tehnologija je, kako kažu naučnici, prilično jeftina. Na osnovu ovoga, može se nadati da će modeli Quantum Dot biti široko dostupni i jednostavno zamijeniti uobičajene. Međutim, mislim da će u početku cijene i dalje rasti. Kao što to obično biva sa svim novim tehnologijama.

Dobro doba dana, Khabrazhiteli! Mislim da su mnogi primijetili da se sve više reklama za displeje bazirane na tehnologiji kvantnih tačaka, takozvane QD - LED (QLED) displeje, počelo pojavljivati, uprkos činjenici da je to trenutno samo marketing. Slično LED TV-u i Retini, ovo je tehnologija za stvaranje LCD displeji, koji koristi LED diode na bazi kvantnih tačaka kao osvjetljenje.

Vaš ponizni sluga je ipak odlučio da otkrije šta su kvantne tačke i sa čime se jedu.

Umjesto uvoda

kvantna tačka- fragment provodnika ili poluprovodnika čiji su nosioci naboja (elektroni ili rupe) ograničeni u prostoru u sve tri dimenzije. Veličina kvantne tačke mora biti tako mala da kvantne efekte bili značajni. To se postiže ako je kinetička energija elektrona primjetno veća od svih ostalih energetskih skala: prije svega više temperature, izraženo u energetskim jedinicama. Kvantne tačke su prvi put sintetizirali ranih 1980-ih Aleksej Ekimov u staklenoj matrici i Louis E. Brus u koloidnim rastvorima. Termin "kvantna tačka" skovao je Mark Reed.

Energetski spektar kvantne tačke je diskretan, a udaljenost između stacionarnih energetskih nivoa nosioca naboja zavisi od veličine same kvantne tačke kao - h/(2md^2), gde je:

1. h je redukovana Plankova konstanta;
2. d je karakteristična veličina tačke;
3. m je efektivna masa elektrona u tački

Ako govorimo običan jezik tada je kvantna tačka poluprovodnik, električne karakteristikešto zavisi od njegove veličine i oblika.

Na primjer, kada se elektron pomakne na niži energetski nivo, emituje se foton; budući da je moguće kontrolisati veličinu kvantne tačke, moguće je i mijenjati energiju emitiranog fotona, što znači promjenu boje svjetlosti koju emituje kvantna tačka.

Vrste kvantnih tačaka

Postoje dvije vrste:

• epitaksijalne kvantne tačke;
• koloidne kvantne tačke.

U stvari, oni se tako nazivaju prema metodama njihove proizvodnje. Neću o njima detaljno zbog velikog broja hemijskih pojmova (Google u pomoć). Samo ću dodati da je uz pomoć koloidne sinteze moguće dobiti nanokristale obložene slojem adsorbiranih površinski aktivnih molekula. Dakle, oni su rastvorljivi u organskim rastvaračima, nakon modifikacije i u polarnim rastvaračima.

Konstrukcija kvantnih tačaka

Obično je kvantna tačka poluvodički kristal u kojem se ostvaruju kvantni efekti. Elektron u takvom kristalu se osjeća kao da je u trodimenzionalnoj potencijalnoj bušotini i ima mnogo stacionarnih energetskih nivoa. Shodno tome, kada se kreće s jednog nivoa na drugi, kvantna tačka može emitovati foton. Uz sve to, prijelaze je lako kontrolirati promjenom veličine kristala. Također je moguće baciti elektron na visoki energetski nivo i primiti zračenje od prijelaza između nižih nivoa i, kao rezultat, dobijamo luminiscenciju. Zapravo, posmatranje ovog fenomena je poslužilo kao prvo posmatranje kvantnih tačaka.

Sada o displejima

Istorija punopravnih ekrana počela je u februaru 2011. godine, kada je Samsung Electronics predstavio razvoj ekrana u punoj boji zasnovan na QLED kvantnim tačkama. Bio je to 4-inčni displej pokretan aktivnom matricom, tj. svaki piksel kvantne tačke u boji može se uključiti i isključiti pomoću tranzistora tankog filma.

Da bi se napravio prototip, sloj otopine kvantnih tačaka se nanosi na silikonsku ploču i raspršuje se rastvaračem. Nakon toga se gumeni pečat sa češljastom površinom utisne u sloj kvantnih tačaka, odvoji i utisne na staklo ili fleksibilnu plastiku. Ovako se trake kvantnih tačaka talože na podlogu. U displejima u boji, svaki piksel sadrži crveni, zeleni ili plavi podpiksel. U skladu s tim, ove boje se koriste s različitim intenzitetima kako bi se dobile najbolje moguće više nijanse.

Sljedeći korak u razvoju bilo je objavljivanje članka naučnika sa Indijskog instituta nauke u Bangaloru. Gdje su opisane kvantne tačke koje luminesciraju ne samo narandžasta, ali i u rasponu od tamnozelene do crvene.

Zašto je LCD gori?

Glavna razlika između QLED ekrana i LCD-a je u tome što ovaj drugi može pokriti samo 20-30% raspona boja. Takođe u QLED televizori nema potrebe da se koristi sloj sa svetlosnim filterima, jer kristali, kada se na njih primeni napon, uvek emituju svetlost sa dobro definisanom talasnom dužinom i, kao rezultat, sa istom vrednošću boje.

Bilo je i vijesti o prodaji kompjuterskog displeja s kvantnim tačkama u Kini. Nažalost, za razliku od TV-a, nisam imao priliku to provjeriti vlastitim očima.

P.S. Vrijedi napomenuti da opseg kvantnih tačaka nije ograničen na LED monitore, između ostalog, mogu se koristiti u tranzistori sa efektom polja, fotoćelije, laserske diode, također se istražuju mogućnosti njihove upotrebe u medicini i kvantno računarstvo.

P.P.S. Ako govorimo o mom ličnom mišljenju, onda verujem da neće biti popularni narednih deset godina, ne zato što su malo poznati, već zato što su cene ovih displeja do neba, ali ipak bih se nadam da će kvantne tačke će naći svoju primenu u medicini, a koristiće se ne samo za povećanje profita, već i u dobre svrhe.

1.3.1. Integrisani i lokalni denzitet država

1.3.2. Spontana emisija fotona

1.3.3. toplotno zračenje

1.3.4. Ramansko rasipanje

1.3.5. Rezonantno (Rayleighovo) rasipanje

1.4. Zaključak

Bibliografija

2. Optičko zračenje u linearnim i nelinearnim periodičnim strukturama

2.1. Uvod

2.2.1. Kvazioptička aproksimacija

2.2.2. Valovodi sočiva i laserske šupljine

2.2.4. Malo samofokusiranje u periodičnim sistemima

2.2.5. Kvazisinhrona parametarska interakcija

2.3. Jednomodno vlakno sa Braggovom rešetkom

2.3.1. Dvosmjerno širenje zračenja

2.3.2. Bragg solitons

2.3.3. Optička bistabilnost i komutacija

2.3.4. Poluprovodničke mikrošupljine

2.4. Povezani svjetlosni vodiči

2.5. 2D fotonski kristali

2.5.1. Neidealni fotonski kristali

2.5.2. Nelinearni 2D fotonski kristali

2.6. Zaključak

Bibliografija

3. Optika kvantnih bunara i superrešetka

3.1. Klasifikacija heterostruktura

3.2. Kvantizacija elektronskih stanja veličine

3.3. Pravila odabira za optičke prijelaze

3.3.1. Međupojasni i unutarpojasni optički prijelazi između podopseva kvantizacije veličine

3.3.2. Polarizaciona svojstva optičkih prelaza iz podopseva teških i lakih rupa

3.4. Rezonantna refleksija i apsorpcija svjetlosti u strukturama s kvantnim bunarima

3.5. Sekundarni sjaj heterostruktura

3.6. Kvantni mikrorezonatori

3.7. Zaključak

Bibliografija

4. Optika kvantnih tačaka

4.1. Uvod

4.1.1. Kvantizacijska stanja elektronskih i fononskih pobuda kvantnih tačaka

4.1.2. Interakcija elektron-fonon u kvantnim tačkama

4.1.3. Dinamika elektronskih pobuda kvantne tačke

4.2. Optičke metode za proučavanje kvantnih tačaka

4.2.1. Proučavanje energetske strukture elektronskih pobuda

4.2.3. Proučavanje dinamike elementarnih pobuda kvantnih tačaka

4.2.4. Optička spektroskopija jedne kvantne tačke

4.3. Primjena kvantnih tačaka

4.3.1. Laseri kvantnih tačaka za komunikaciju putem vlakana

4.3.2. Kvantne tačke u biologiji i medicini

Bibliografija

5. Svojstva optičke rezonancije metalnih nanočestica

5.1. Uvod

5.2. Mie rezonancije pojedinačnih metalnih nanočestica

5.2.1. efekat veličine

5.2.2. Efekti oblika

5.3. Utjecaj okoline na rezonancije metalnih nanočestica

5.3.1. Elektrodinamički efekti

5.3.2. kontakt efekti

5.4. Nelinearne optičke osobine metalnih nanočestica

5.4.1. Generisanje viših harmonika

5.4.2. Optički Ramanski procesi

5.5. Nehomogeni sistemi metalnih nanočestica

5.5.1. Strukturni parametri nehomogenih sistema

5.5.2. Mjerenje parametara relaksacije pojedinačnih rezonancija u nehomogenim sistemima

5.6. Primjena metalnih nanočestica u vezi s njihovim optičkim svojstvima

5.7. Zaključak

Bibliografija

A.V. Fedorov, A.V. Baranov

Ln[ K(τ ) ]

τ , ps

Rice. 4.32. a je logaritam envelope koherentnog kontrolnog signala kao funkcija međusobnog kašnjenja između impulsa za različite relativne doprinose Lorentzovog homogenog i Gausovog nehomogenog proširenja (r = 2 = ! ). Puna linija je čisto Lorentzovsko homogeno proširenje sa ~ 2 = 21:25 µeV; isprekidana linija –r =1/1; isprekidana linija –r =1/2,5; crtica –r = 1/14. Apsolutne vrijednosti2 i! izabrani su na način da se HWHM fotoluminiscentne linije jedne kvantne tačke održava konstantnim (21:25 μeV) u skladu sa radom . b – Voigtova kontura fotoluminiscentne linije jedne kvantne tačke, izračunata za iste parametre kao u slučaju a.

mjerni uređaj i spoj sa Voigt konturom. To dovodi do dodatnih grešaka. Na sl. 4.32b, oblici fotoluminiscencije jedne kvantne tačke su ucrtani za iste omjere 2 = ! , kao na slici 4.32 a. Vidi se da su najinformativniji dio spektralnih linija njihova krila, gdje je to teško postići dobar odnos signal/šum. Istovremeno, odgovarajuće promjene u K() su najizraženije u području gdje se koherentni kontrolni signal može dobiti sa dovoljnom tačnošću. Stoga se metoda koherentne kontrole može koristiti za proučavanje efekata fluktuacija okruženja naelektrisanja u optičkim i relaksacionim procesima.

4.3. Primjena kvantnih tačaka

4.3.1. Laseri kvantnih tačaka za komunikaciju putem vlakana

Razvoj optičkih telekomunikacija doveo je do potrebe za stvaranjem efikasnih poluprovodnički laseri i optički pojačivači koji rade u spektralnom području minimalnih gubitaka talasovoda (1,25–1,65 μm). Maksimalna dužina Talasna dužina koju postižu InGaAs/GaAs laseri s kvantnim bunarom je 1230 nm za uređaje koji generiraju s kraja i 1260 nm za lasere s vertikalnom šupljinom. Dovoljno velike granične struje, niska radna temperatura i niska

4. Optika kvantnih tačaka

temperaturna stabilnost takvih lasera ne zadovoljava uvijek zahtjeve za brze telekomunikacione uređaje.

Napredak u proizvodnji višeslojnih struktura samosastavljenih kvantnih tačaka jedinjenja A3 B5, dovoljno ujednačenih po veličini i obliku u cjelini površinska gustina, dovelo je do stvaranja poluvodičkih lasera s kvantnim tačkama kao aktivnim medijem. Kao rezultat toga, područje spektra 1,0–1,7 µm postalo je dostupno za generiranje kako za konvencionalne lasere tako i za lasere s vertikalnim šupljinama koji koriste InGaAs kvantne tačke i GaAs supstrate. Konkretno, oba tipa lasera mogu generirati zračenje od 1,3 µm sa ekstremno niskim strujama praga i velikom izlaznom snagom. Nedavno je demonstriran širokopojasni laser kvantnih tačaka, koji emituje na 1,5 µm sa gustinom struje od samo 70 A/cm2 po sloju kvantnih tačaka na sobnoj temperaturi. Optički pojačivači zasnovani na strukturama kvantnih tačaka su od interesa za brzu obradu signala pri brzinama iznad 40 Gbit/s. Važno je da razvijene GaAs tehnologije omogućavaju proizvodnju prilično jeftinih monolitnih lasera s kvantnim tačkama vertikalne šupljine sa distribuiranim Braggovim ogledalima na bazi AlAs/GaAs i AlOx/GaAs parova.

Treba napomenuti da zbog nehomogenog širenja elektronskih prelaza u kvantnim tačkama, postaje moguće proširiti oblast kontinuiranog podešavanja talasne dužine lasera. Uz određeno povećanje struja praga, može doseći 200 nm (1,033–1,234 μm).

Laseri koji koriste InAs kvantne tačke i InP supstrate su takođe od interesa, jer omogućavaju dobijanje proizvodnje u dužem opsegu talasnih dužina (1,8–2,3 μm), što je važno za aplikacije u molekularnoj spektroskopiji i daljinski upravljač gasne atmosfere koristeći lidare. Istovremeno, generisanje zračenja talasne dužine od 1,9 i 2 μm iz lasera sa aktivnim medijumom iz takve heterostrukture do sada je dobijeno samo na niskoj (77 K) temperaturi. Zanimljivo je da je laseriranje na talasnim dužinama od 1,6 i 1,78 μm takođe pokazano za lasere zasnovane na InAs kvantnim žicama – jednodimenzionalnim kvantne strukture na (001)InP podlozi. Konačno, kontinuirano lasersko djelovanje u području od 2 μm je dobiveno na sobnoj temperaturi korištenjem kvantnih tačaka na bazi InAsSb uzgojenih na (001)InP supstratu kao aktivnom laserskom mediju.

Intenzivan razvoj ovog pravca doveo je do činjenice da su trenutno neke vrste poluvodičkih lasera sa aktivnim medijem na bazi kvantnih tačaka postale komercijalno dostupne, .

260 A.V. Fedorov, A.V. Baranov

4.3.2. Kvantne tačke u biologiji i medicini

Jedno od područja primjene poluvodičkih kvantnih tačaka koje se najaktivnije razvija je korištenje koloidnih kvantnih tačaka (poluvodičkih nanokristala u organskim i vodenim otopinama) kao luminiscentnih oznaka za vizualizaciju strukture bioloških objekata. drugačiji tip i za ultra-osjetljivo otkrivanje biohemijskih reakcija, koje su neophodne u molekularnoj i ćelijskoj biologiji, medicinskoj dijagnostici i terapiji. Luminiscentna oznaka je fosfor povezan s molekulom povezivača, koji se može selektivno vezati za detektabilnu biostrukturu (cilj). Oznake moraju biti rastvorljive u vodi, imati visok koeficijent apsorpcije i imati visok kvantni prinos luminiscencije u uskom spektralnom pojasu. Ovo posljednje je posebno važno za registraciju višebojnih slika, kada su različite mete u ćeliji označene različitim oznakama. Organske boje se obično koriste kao fosfori za etikete. Njihovi nedostaci su niska otpornost na fotoizbjeljivanje, što ne dozvoljava dugotrajna mjerenja, potreba za korištenjem nekoliko izvora svjetlosti za pobuđivanje različitih boja, kao i velika širina i asimetrija luminiscentnih traka, što otežava analizu višebojnih slika. .

Najnovija dostignuća u oblasti nanotehnologije omogućavaju nam da govorimo o stvaranju nove klase luminiscentnih etiketa koristeći poluvodičke kvantne tačke - koloidne nanokristale - kao fosfor.

Sinteza nanokristala na bazi jedinjenja A2 B6 (CdSe, CdS, CdTe, ZnS) i A3 B5 (InP i GaAs) je odavno poznata. Još 1993. godine predložena je visokotemperaturna organometalna sinteza kvantnih tačaka CdSe i dobijeni su nanokristali sa dobrom kristalnom strukturom i uskom distribucijom veličine, ali sa kvantnim prinosom koji ne prelazi 10%. Oštar porast kvantnog prinosa kvantnih tačaka do 85% na sobnoj temperaturi postignut je kada su nanokristali počeli da se oblažu tankom (1-2 monosloja) ljuskom drugog materijala s većim pojasom (na primjer, za CdSe, ovo je ZnS, CdS, CdO). Takve strukture se nazivaju kvantne tačke jezgra/ljuske (QD-ovi jezgra/ljuske). Prečnik kvantnih tačaka (od 1,5 nm i više) može se kontrolisati variranjem vremena reakcije, koje se odvija na temperaturi od oko 300o C, od minuta do nekoliko sati, ili jednostavno odabirom potrebne količine proizvoda nakon drugačije vrijeme nakon početka reakcije. Kao rezultat toga, pokazalo se da je moguće dobiti skup kvantnih tačaka istog sastava, ali različitih veličina. Na primjer, položaj trake luminiscencije CdSe/ZnS QD može varirati u rasponu od 433 do 650 nm (2,862–1,906 eV) sa širinom pojasa od oko 30 meV. Upotreba drugih materijala omogućava značajno proširenje spektralnog područja podešavanja luminiscentnog pojasa nanokristala (slika 4.33). Esencijalno,

				Optika kvantnih tačaka
Intenzitet
		talasna dužina,

Rice. 4.33. Spektri luminescencije poluvodičkih nanokristala različit sastav i različite veličine. Pune linije odgovaraju nanokristalima CdSe prečnika 1,8, 3,0 i 6,0 nm; isprekidane linije odgovaraju nanokristalima InP prečnika 3,0 i 4,6 nm; isprekidane linije odgovaraju nanokristalima InAs veličine 2,8, 4,6,6,6 nm

da nanokristali pokazuju uže i simetričnije pojaseve luminiscencije od konvencionalnih organskih boja. Ovo je izuzetno važna prednost pri analizi višebojnih slika. Na sl. 4.34, kao primjer, upoređuju se spektri luminiscencije nanokristala CdSe/ZnS i molekula rodamina 6G.

Intenzitet, rel. jedinice

Rodamin 6 F

kvantne tačke

Talasna dužina, nm

Rice. 4.34. Poređenje luminiscencijskih traka kvantnih tačaka i molekula rodamina 6G.

Dodatna prednost je što obično imaju nanokristali istog sastava široki opseg apsorpcija sa visokim koeficijentom molarne ekstinkcije (do 10–6 cm–1 M–1) koja odgovara prijelazima u visokoenergetska stanja. Njegov položaj slabo zavisi od veličine kvantne tačke. Stoga je, za razliku od boja, moguće

262 A.V. Fedorov, A.V. Baranov

efikasno pobuđivanje luminiscencije nanokristala različitih veličina jednim laserski izvor Sveta. Međutim, glavna prednost je ta što nanokristali imaju odličnu fotootpornost: ne blijede nekoliko sati ili čak dana, dok je karakteristično vrijeme fotoizbjeljivanja konvencionalnih fosfora ograničeno na nekoliko minuta (Sl. 4.35 AlexaFluor® 488Sl. 4.35. Fotoindukovana degradacija luminiscencije etiketa na bazi CdSe/ZnS nanokristala CdSe/ZnS i tradicionalnih molekularnih fosfora pod dejstvom zračenja živine lampe.

Površina takvih kvantnih tačaka dobijena kao rezultat hemijska reakcija, obložene hidrofobnim molekulima koji se koriste u sintezi, pa su topljivi samo u organskim rastvaračima. Budući da biološki objekti (proteini, DNK, peptidi) postoje samo u vodenim rastvorima, razvijene su metode za modifikaciju površine nanokristala, koje ih čine rastvorljivim u vodi sa pozitivno i negativno nabijenim površinama. Predloženo je nekoliko tipova molekula linkera koji omogućavaju selektivno vezanje nanokristala za analizirane biomolekule. Kao primjer, slika 4.36 prikazuje primjer nanokristala CdSe obloženog ZnS školjkom, koji je kovalentno vezan za protein pomoću molekula merkaptosirćetne kiseline.

Nedavno su luminiscentne naljepnice zasnovane na poluvodičkim kvantnim tačkama za mete razne vrste postao komercijalno dostupan.

Za korištenje kvantnih tačaka in vivo potrebno je poduzeti mjere za smanjenje njihove toksičnosti. U tu svrhu predloženo je postavljanje kvantnih tačaka u inertne polimerne sfere prečnika 50–300 nm i njihovo korišćenje kao fosfor u slučajevima kada relativno velika veličina nanosfera ne sprečava njihovu upotrebu. Koristi-

Svaka tvar mikroskopske veličine je nanočestica, materijal koji istraživači nanotehnologije koriste za razvoj i stvaranje novih tehnologija zasnovanih na primjeni elemenata u ovom sićušnom obliku. Pažljivo čitamo, jer će se morati malo udubiti u suštinu teksta.

Kvantne tačke su nanočestice napravljene od bilo kojeg poluprovodnički materijal, kao što su silicijum, kadmijum selenid, kadmijum sulfid ili indijum arsenid, koji svetle određenom bojom nakon što su osvetljeni svetlošću.

Boja kojom svijetle ovisi o veličini nanočestice. Postavljanjem kvanta različite veličine moguće je postići crvenu, zelenu i plavu u svakom pikselu ekrana, što će omogućiti stvaranje punog spektra boja u tim pikselima (svaka postojeća boja se dobija mešanjem ovih boja).

Kada se kvantne tačke osvetle UV svetlošću, neki od elektrona dobijaju dovoljno energije da se oslobode atoma. Ova sposobnost im omogućava da se kreću oko nanočestice, stvarajući provodljivu traku u kojoj se elektroni slobodno kreću kroz materijal i provode elektricitet.

Kada se elektroni spuste u vanjsku orbitu oko atoma (valentni pojas), emituju svjetlost. Boja ove svjetlosti ovisi o energetskoj razlici između provodnog i valentnog pojasa.

Što je nanočestica manja, to je veća energetska razlika između valentnog pojasa i provodnog pojasa, što rezultira dubljom plavom bojom. Za veće nanočestice, razlika u energiji između valentnog pojasa i pojasa provodljivosti je niža, što pomiče luminiscenciju prema crvenoj.

Kvantne tačke i displeji

Prednosti LCD-a su brojne. Pogledajmo najvažnije i najzanimljivije karakteristike koje su dobili LCD-i s kvantnim tačkama.

Veća vršna svjetlina

Jedan od razloga zašto su proizvođači toliko uzbuđeni zbog kvantnih tačaka je mogućnost stvaranja ekrana s mnogo većom vršnom svjetlinom od drugih tehnologija. Zauzvrat, povećana vršna svjetlina daje mnogo velike prilike da koristite HDR i Dolby Vision.

Dolby Vision je video standard koji ima prošireni dinamički raspon, odnosno vrlo veliku razliku u svjetlu između najsvjetlije i najtamnije tačke na ekranu, što sliku čini realnijom i kontrastnijom.

Ako niste upućeni, onda programeri neprestano pokušavaju da glume Gospoda Boga i stvore ono što je on stvorio (pa, ili ko je to stvorio svuda oko nas, možda svemir?), samo da bi to preneli na ekran.

to je npr. obično nebo po vedrom danu ima svjetlinu od približno 20.000 nita (jedinica svjetline), dok najbolji tv može pružiti osvjetljenje oko 10 manje. Dakle, Dolby Vision standard je još uvijek ispred ostalih, ali su još uvijek jako daleko od Kreatora :)

U skladu s tim, ekrani s kvantnim tačkama su još jedan korak ka svjetlijoj slici. Možda ćemo jednog dana moći vidjeti gotovo pravi izlazak i/ili zalazak sunca, a možda i druga jedinstvena čuda prirode, bez napuštanja kuće.

Najbolja reprodukcija boja

Još jedna velika prednost kvantnih tačaka je poboljšana tačnost boja. Budući da svaki piksel ima crvene, plave i zelene CT-ove, daje vam pristup punoj paleti boja, što vam zauzvrat omogućava postizanje nevjerovatnog broja nijansi bilo koje boje.

Poboljšano trajanje baterije za mobilne uređaje

Ekrani s kvantnim tačkama obećavaju ne samo vrhunski kvalitet slike, već i izuzetno nisku potrošnju energije.

Kvantne tačke i Samsung QLED

Samsung-ovi televizori s kvantnim tačkama, ili jednostavno, nisu zapravo kvantne tačke u ispravnom razumijevanju ove tehnologije. QLED je više hibrid, ukrštanje kvantnih tačaka i LED ekrana. Zašto? Jer ovi televizori još uvijek koriste Neonska svjetla, a u stvarnom ekranu zasnovanom na kvantnim tačkama, svjetlost bi trebala biti kreirana upravo pomoću tačaka.

Stoga, čak i ako se novi televizori južnokorejskog giganta pokažu bolje od konvencionalnih LED ekrana, oni i dalje nisu televizori s kvantnim tačkama, već televizori s kvantnim tačkama umjesto svjetlosnog filtera.

Komentari:

Ivan Ivanovich