Kvanttipisteen

Kvanttipiste (quantum dot) on nanometrin kokoinen puolijohderakenne, joka rajoittaa elektronit ja reiät kolmiulotteisesti. Kvantkonfinointi tuottaa diskreettejä energia-tiloja, joiden sijainti ja levinneisyys riippuvat dotin koosta, muodosta ja koostumuksesta. Tämän seurauksena kvanttipisteiden optiset ominaisuudet ovat voimakkaasti kooltaan riippuvia: pienemmät dotit emittoivat korkeampaa energiaa, suuremmat matalampaa. Kvanttipisteet ovat erityisen hyödyllisiä, koska niiden emittedio ja absorptio voidaan suunnitella materiaalin ja koon avulla.

Kvanttipisteitä voidaan valmistaa useilla tavoilla, ja ne jaetaan pääasiassa kolloidisiin kvanttipisteisiin sekä epitaksialisesti kasvaviin kvanttipisteisiin. Kolloidiset kvanttipisteet syntyvät kemiallisessa synteesissä nesteessä ja ovat yleisesti käytössä bioimagingissa, tutkimuksessa sekä näytöissä. Epitaksialiset kvanttipisteet kasvavat puolijohdemateriaaleille substraateille ja mahdollistavat korkealaatuisemman liitännän ja vakaammat ominaisuudet laitteisiin. Monissa rakenteissa käytetään core/shell-tyyppejä, joissa ydin (core) ympäröidään passivoivalla kuorikerroksella (shell) parempaa stabiilisuutta ja korkeaa quantum yieldia varten.

Emitointi on tyypillisesti kirkasta ja kapeaa, mikä tunnetaan kooltaan säädettävänä spektrinä. Kvanttipisteiden ominaisuuksia hyödynnetään muun muassa näytöissä (QLED), valaistusratkaisuissa, biosensoroinnissa ja bioimagingissa sekä tutkijoiden kvanttitietojenkäsittelyn tutkimuksissa.

Haasteita ovat toksisuus ja ympäristövaikutukset tietyissä koostumuksissa, sekä optisten ominaisuuksien hallinta käytännön laitteissa, kuten blinking-ilmiö ja tasalaatuisuuden varmistaminen suurissa valmistuksissa.