Wetenschappers verouderen kwantumstippen in een reageerbuis

Onderzoekers van MIPT en het RAS Institute of Problems of Chemical Physics hebben een eenvoudige en gemakkelijke manier voorgesteld om kwantumdots van willekeurige grootte te verkrijgen die nodig zijn voor fysische experimenten via chemische veroudering. De studie is gepubliceerd in Materials Today Chemistry.

Colloïdale kwantumdots zijn kristallen met nanogrootte waarvan de grootte de frequentie bepaalt waarmee ze elektromagnetische straling uitzenden en absorberen. Ze worden gebruikt in zonnecellen, tv-toestellen, brandmeldinstallaties en meer.

Het MIPT Laboratory for Photonics of Quantum Nanostructures doet onderzoek met behulp van lead sulfide quantum dots. De conventionele benadering van hun synthese, bekend als hete injectie, omvat het mengen van twee zogenaamde voorlopers – verbindingen die lood en zwavel bevatten – onder bepaalde omstandigheden. Dit proces wordt gecontroleerd met behulp van speciale reagentia en apparatuur om kwantumdots van de gewenste grootte te creëren. De synthese is echter complex, kostbaar en levert geen punten van alle vereiste afmetingen op.

“Als een natuurkundige een aantal kwantumstippen nodig had, maar geen apparatuur had om ze te vervaardigen, dan besteedden ze nogal wat geld om synthese te laten uitvoeren of om de producten uit het buitenland te bestellen via een catalogus. En je kon geen stippen van willekeurige grootte kopen”, zei Ivan Shuklov, plaatsvervangend hoofd van het MIPT Laboratorium voor Fotonica van Quantum Nanostructuren. “Dus zochten we naar een eenvoudige en betaalbare manier om kwantumdots van loodsulfide te verkrijgen waarvoor geen speciale apparatuur of vaardigheden nodig waren en die punten van elke grootte en dus precies de vereiste eigenschappen zouden produceren.”

Door met verschillende verbindingen te experimenteren, ontdekten de onderzoekers dat het quantum dot-spectrum veranderde in aanwezigheid van een mengsel van oliezuur en oleylamine. Elektronenmicroscopie gaf een nadere blik op wat er aan de hand was, en toonde aan dat het mengsel van de twee chemicaliën de standaardsynthese in feite omkeerde, waardoor zwavel- en loodatomen zich terugtrokken in de oplossing, waardoor de puntgrootte geleidelijk kleiner werd. Wat nog belangrijker is, de verdeling van de puntgrootte bleef hetzelfde. Met andere woorden, je krijgt in principe dezelfde stippen die je had voordat je het mengsel introduceerde, alleen dat ze kleiner worden en daardoor hun eigenschappen veranderen.

De standaardbenadering voor het synthetiseren van kwantumdots maakt ook gebruik van oliezuur en oleylamine, maar de chemicaliën worden in verschillende stadia gebruikt. Het is hun gelijktijdige toepassing en onderlinge interactie die een gecontroleerde kristalveroudering bleek mogelijk te maken. Dat wil zeggen, de voorspelbare verandering op lange termijn in kristaleigenschappen in de tijd.

“We hebben een oplossing voorgesteld waarmee een experimentator die kwantumdots van 10 nanometer heeft, ze voorspelbaar kan terugbrengen tot 8 nanometer morgen, tot 6 nanometer de dag daarna, enzovoort. Dienovereenkomstig zal de absorptiefrequentie veranderen van 2 micrometer naar 1,8. micrometer de eerste keer en vervolgens tot 1,5 micrometer, ”verklaarde Vladimir Razumov, het hoofd van het Laboratorium voor Fotonica van Quantum Nanostructuren bij MIPT. “Kortom, uit één batch generieke colloïdale kwantumstippen, kunt u die produceren met precies de juiste maat en eigenschappen voor uw behoeften. Met onze techniek kan een fysicus zonder speciale apparatuur anders dan enkele reageerbuizen een monster van kwantumstippen omzetten in elke maat. Het enige dat nodig is, is wachten tot de stippen de juiste maat hebben gekregen. ”