Варьирование цвета полупроводниковых нанокристаллических квантовых точек

Квантовая точка, также называемая полупроводниковым нанокристаллом или искусственным атомом, представляет собой полупроводниковый кристалл, размер которого составляет всего несколько нанометров. В настоящее время существуют простые химические методы, позволяющих синтезировать на лабораторном столе неорганические нанокристаллические квантовые точки (КТ). Электроны и дырки занимают почти дискретные энергетические состояния внутри этих КТ, очень похожие на состояния изолированных атомов. Энергия этих энергетических состояний сильно зависит от размера наночастиц, как видно из сдвигов энергий поглощения и излучения света для различных размеров частиц CdSe, показанных на рисунке. Энергии можно настолько точно настроить по размеру, что можно заставить КТ излучать свет во всем видимом спектре. В то же время распределение размеров нанокристаллов КТ можно сделать очень узким, чтобы диапазон длин волн излучаемого света составлял <30 нм (то есть очень чистый в определенном цвете). Хотя наука о материалах КТ все еще быстро развивается, уже достигнута эффективность фотолюминесценции (ФЛ), близкая к единице, а материалы КТ были продемонстрированы с помощью нескольких технологий, включая эффективные солнечные элементы, светоизлучающие диоды и фотостабильные флуоресцентные метки в биологических системах.

(Слева) Спектры поглощения серии нанокристаллов CdSe разного размера (от 2 до 12 нм), указывающие на точную настройку пика поглощения с наименьшей энергией от длины волны λ = 400 нм до λ = 650 нм [C.B.Murray и др., J. Am. Chem. Soc. 115, 8706 (1993)]. (Справа вверху) Схематическое поперечное сечение нанокристаллической КТ, показывающее расположение материалов ядра и оболочки, а также органических лигандов, окружающих оболочку. Материал оболочки обычно имеет более широкую запрещенную зону, чем ядро, и служит для удержания электронов и дырок в ядре. Органические лиганды облегчают синтез и диспергирование КТ в органических растворителях. (Внизу) Серия люминесцентных флаконов, содержащих раствор люмофоров КТ разного размера.