kvanttipisteet

Kvanttipisteet (quantum dots) ovat nanokokoisia puolijohdehiukkasia, joissa elektronien ja aukkojen liike on kvantisoitua kaikissa kolmessa ulottuvuudessa. Tämä kvanttihallinta johtaa erillisiin energia-tiloihin ja siten optisten ominaisuuksien voimakkaaseen koosta riippuvuuteen. Emitoitavan valon väriä voidaan säätää muuttamalla kvanttipisteen kokoa, ja pienemmät pisteet tuottavat lyhyempiä emissioaaltoja kuin suuremmat, mikä antaa erittäin kapean spektrin.

Rakenne ja materiaalit: Tyypillisiä materiaaleja ovat II–VI- ja III–V-puolijohteet, kuten CdSe, CdS, CdTe, InP, InAs sekä PbS ja PbSe. Kvanttipisteet muodostetaan usein ydintä ja kuorta sisältävänä core/shell-rakenteena (esim. CdSe/ZnS). Pintapassatointi ja ligandid parantavat stabiilisuutta, emissio-tehoa ja liitännäisyyksiä erilaisiin ympäristöihin. Ne syntetisoidaan tavallisesti kolloidisesti kuumissa liuoksissa ja voivat olla orgaanisesti tai vesiliukoisesti dispersoituna.

Sovellukset: Kvanttipisteitä käytetään laajasti näytöissä ja valaistuksessa sekä biotieteissä. QD-LED-ruudut hyödyntävät niiden laajaa ja tarkkaa värikirjoa sekä korkeaa kontrastia. Aurinkokennoissa ne voivat parantaa spektrin hyödyntämistä. Biologiassa kvanttipisteitä käytetään fluoresoivina merkintäaineina ja kuvantamisessa, tarjoten kirkkaan signaalin useammassa värissä.

Haitat ja haasteet: Kadmium-pohjaiset kvanttipisteet ovat ympäristö- ja terveysriski, mikä on lisännyt tutkimusta kadmium-vapaiden vaihtoehtojen parissa. Haasteita ovat pintakäsittelyn hallinta, fotoninen stabiilisuus (välkkyminen), sekä tuotantokustannukset ja skaalaus. Tutkimus etenee kohti turvallisia, kestäviä ja tehokkaasti toimivia kvanttipisteitä.