Kvanttipisteitä

Kvanttipisteet ovat nanokokoisia puolijohdepartikkeleita, joiden elektroniset tilat ovat kvantisoituneet kolmiulotteisen kvantinkonfinementin vuoksi. Pienikokoisina ne käyttäytyvät kuin yksittäiset kvantijärjestelmät, ja niiden emittoima valon energia riippuu olennaisesti partikkelin koosta. Yleisesti kvanttipisteiden halkaisija on noin 2–10 nanometriä, ja ne muodostavat usein kolloidisia nanokiteitä.

Rakenne ja syntetisointi. Kvanttipisteet voivat esiintyä yksikerroksisina tai core/shell-rakenteilla (esim. CdSe-ydin / ZnS-kuori), mikä parantaa valgus- ja kestävyysominaisuuksia. Kolloidiset kvanttipisteet syntyvät usein korkealämpötilassa sekä non-aqueous- tai vesiliuoksissa tapahtuvilla reaktioilla; koosta riippuva emissio mahdollistaa värin hallitun muuttamisen valmistusvaiheessa. Nykyisin tutkimuksessa kehitetään myös perovskittipohjaisia kvanttipisteitä (esim. CsPbX3), jotka voivat tarjota erinomaisia emissio-ominaisuuksia ja kustannushyötyjä.

Ominaisuudet ja sovellukset. Kvanttipisteiden valonpunouksessa korostuvat fotoluminesenssi, suuri valonergian muutos ja korkea kvanttitodennäköisyys sekä laaja värivalikoima koon mukaan. Haasteita ovat leimautuminen (blinking), stabiilisuus valossa sekä liuotinaineiden liukenevuus. Käyttökohteita ovat ilmankin esiintyvät näyttötekniikat (QLED-telefonit ja televisiot), bioimaging sekä fotoniset ja kvanttipohjaiset lasertomukset sekä mahdolliset kvanttisieppaukset ja aurinkokennojen kehitys.

Turvallisuus ja kehitys. Cadmium-pitoiset kvanttipisteet ovat tehokkaita, mutta toksisia ja säänneltyjä; tutkimuksessa siirrytään Cd-vapaisiin vaihtoehtoihin kuten InP- tai perovskite-pohjaiset QD:t. Nobel-palkitut kvanttipisteet ovat 2010-luvun lopulta vaikuttaneet sekä teorian että käytännön kehitykseen. Nykytilassa kvanttipisteet ovat edistyneitä materiaaliratkaisuja monilla aloilla ja niiden kaupallinen hyödyntäminen jatkuu sekä näyttö- että energiatehokkuusalueilla.