- •Кислицын А.А. Физика атома, атомного ядра
- •Одномерная прямоугольная потенциальная яма ("ящик")
- •Одномерная прямоугольная потен-
- •В этом случае внутри ямы частица дви-
- •Стационарное уравнение Шредингера
- •Таким образом, собственными функция-
- •Коэффициент An определим и из условия нормировки (7.2):
- •Графики первых трех собственных функций
- •Плотность вероятности распределения частиц
- •Этот результат резко отличается от клас-
- •Практические применения
- •Квантовые ямы
- •Очень важно, чтобы периоды кристаллических ре- шеток двух соседних слоев, имеющих различный химический
- •Материалы для квантовых структур
- •Нобелевская премия 2000 года
- •Квантовые точки анало- гичны квантовым ямам,
- •Типичный размер квантовых точек - от одного до нескольких десятков нанометров, что сравнимо
- •Важное свойство квантовых точек: они могут погло- щать энергию в широком диапазоне спектра
- •Квантовые точки могут иметь фор- му шаров, пирамид, капель и др. Конкретный вид
- •Коллоидный синтез квантовых точек
- •Метод получения квантовых точек в форме шаров основан на коллоидном синтезе. Снача- ла
- •История квантовых точек
- •Европейские мастера живописи средних ве- ков умели изготовлять краски с наночасти- цами коллоидного
- •Современные применения квантовых точек
- •Полупроводниковые лазеры на квантовых точках теоретически должны обладать ря- дом преимуществ перед существующими:
- •Способность квантовых точек излучать в узком спек- тральном диапазоне можно использовать для идентификации
- •Использование квантовых точек в качестве маркер- ных красителей в медицине и биологии позволяет
- •Одно из перспективных применений квантовых то- чек - создание на их основе высокоэффективных
- •В мире существует около десятка компаний, занимающихся производством квантовых точек, в России пока
Коллоидный синтез квантовых точек
Коллоидными растворами называются суспензии частиц с размерами от нескольких нанометров до тысяч нм. К коллоидным растворам относят- ся гели и золи. Гели - это студенистые тела, об- ладающие некоторыми свойствами твердых тел (упругостью, способностью сохранять форму при не слишком сильном воздействии). Золи - это жидкие коллоидные системы. Различают гидрозоли (растворитель - вода), органозоли (растворитель - органическое вещество) и аэро-золи (твердые или жидкие частицы, распреде-ленные в газовой среде).
Метод получения квантовых точек в форме шаров основан на коллоидном синтезе. Снача- ла выращивают нанокристаллы выбранного полупроводника, затем покрывают их слоем дру- гого полупроводника с большей шириной запрещенной зоны. Затем производят формирова- ние квантовой точки в жидком растворе нужного материала в специально подобранных раст- ворителях. Данный метод поз- воляет получать квантовые то- чки с разбросом по размерам не более 2-3%.
Схема коллоидной квантовой точки с амфифильной (т.е. обладающей срод- ством и к воде, и к органическим раст- ворителям) поверх-
ностно-активной оболочкой.
История квантовых точек
Первые квантовые точки в 1981 году получили со- ветские физики Алексей Екимов и Алексей Ону- щенко, наблюдавшие квантово-размерный эф- фект в микрокристаллах хлорида меди CuCl, вы- ращенных в стеклянной матрице. В 1982 году братья Алексей и Александр Эфросы создали ба- зовую теорию квантовых точек. Коллоидные точ- ки в 1983 году впервые получил американский химик Луи Брус, работавший с растворами полу- проводников, в частности, сульфида кадмия CdS. Сам термин "квантовые точки" придумал в 1988 году Марк Рид, который впервые получил их ме- тодом литографии.
Европейские мастера живописи средних ве- ков умели изготовлять краски с наночасти- цами коллоидного золота и серебра. В на- стоящее время установлено, что яркие цве- та этих красок объясняются резонансными световыми явлениями в этих наночастицах.
Еще раньше, древние Египтяне и Древние Греки умели изготовлять цветные стекла, добавляя в них наночастицы металлов. Эти стекла могут менять цвет в зависимости от освещения.
Современные применения квантовых точек
В 2006 году фирма QD Vision сообщила о создании первого в мире дисплея на квантовых точках. Запа- тентована соответствующая технология под назва- нием Color IQ. В 2013 году появился первый телеви- зор Sony XBR серии X900A, использующий техноло- гию квантовых точек. Фирмы LG, TCL и Samsung также начали выпуск подобных телевизоров. Sam- sung обещает к 2017 году наладить выпуск 14 моде- лей телевизоров семейства SUHD TV с технологией квантовых точек. В 2015 году был выпущен первый компьютерный монитор Philips, использующий тех- нологию Color IQ. Использование квантовых точек должно решить проблему недостаточного качества цветопередачи современных ЖК телевизоров на светодиодах LED.
Полупроводниковые лазеры на квантовых точках теоретически должны обладать ря- дом преимуществ перед существующими: высоким коэффициентом усиления, низким энергопотреблением, большей стабильнос- тью работы, более узким спектром излуче- ния. Однако в настоящее время получае- мые квантовые точки имеют разброс раз- меров и дефекты структуры, поэтому пара- метры реализованных на них лазеров пока не соответствуют теоретическим возмож- ностям.
Способность квантовых точек излучать в узком спек- тральном диапазоне можно использовать для идентификации и защиты от подделок. Нанесен- ная на нужный объект, например, на ценную бума- гу, метка из квантовых точек при облучении ульт- рафиолетовым или видимым светом выдаст излу- чение со строго заданной комбинацией спектраль- ных линий, однозначно определяющей объект и позволяющей закодировать информацию о нем. Это излучение легко регистрируется дистанцион- но. Достоинством является возможность нанесе- ния метки на любые материалы: бумагу, ткань, дерево, металл, керамику.
Использование квантовых точек в качестве маркер- ных красителей в медицине и биологии позволяет сделать видимыми органы, которые прозрачны для других видов диагностики. Например, можно ввести раствор, содержащий квантовые точки вну- тривенно, и тогда их свечение позволит изучить структуру кровеносной системы, движение крови и лекарственных средств, обнаружить повреждения.
К поверхностно-активной оболочке коллоидных квантовых точек можно прикрепить молекулы, обеспечивающие их накопление в раковой опухо- ли, что делает возможной ее наблюдение. Одно- временно квантовые точки могут переносить ле- карственные средства или антитела для опухоле- вых клеток.