Punt quàntic
Un punt quàntic generalment és una nanoestructura semiconductora que confina el moviment en les tres direccions espacials dels electrons de la banda de conducció i els buits de la banda de valència o excitones (parells d'enllaços d'electrons de la banda de conducció i buits de la banda de valència). Va ser descobert per primera volta en una matriu de vidre i en solucions coloidales[1] a partir de 1981 pels científics russos Aleksey Ekimov i Alexander Efros[2][3][4][5] i després complementat per Louis E. Brus. El terme «pou quàntic» va ser falcat en 1988.[6]
En el món macroscòpic, els punts quàntics poden tindre l'aspecte d'una simple pastilla plana, o estar dissolts en un líquit. Ningú sospitaria que eixa substància ha segut elaborada en el laboratori partint d'uns pocs àtoms, en tècniques que manipulen la matèria a escales de nanómetros. A eixes dimensions el material es convertix en una matriu sobre la que han creixcut estructures, com a piràmides o montanyes, formades per uns pocs centenars o mils d'àtoms. Eixes estructures són els punts quàntics.
El confinament es pot deure als potencials electrostàtics (generats per electrodos externs, dopage, tensió, impurees, etc.), a la presència d'un interfaç entre diferents materials semiconductors (ej. en sistemes de nanocristalés de núcleu-coraza), a la presència de la superfície del semiconductor (ej. nanocristal semiconductor), o a una combinació d'estos.
Un punt quàntic té un espectre discret d'energia cuantizada.[7] Les funcions d'ona corresponents estan espacialmente localisades dins del punt quàntic, pero s'estenen sobre molts periodos de la ret cristalina. Un punt quàntic conté un número reduït, i finito, d'electrons de la banda de conducció (de l'orde d'1 a 100), buits en la banda de valència, o de excitones, és dir, un número finito de càrregues elèctriques elementals.
Una de les propietats més interessants dels punts quàntics és que, en ser allumenats, re-emeten llum en una llongitut d'ona molt específica i que depén del tamany d'est. Este fenomen es coneix com lluminiscència. Quant més menuts siguen els punts, menor és la llongitut d'ona i més acusades les propietats quàntiques de la llum que emeten. Estes propietats d'emissió són emergent d'un procés físic denominat confinament quàntic. Quan els electrons són confinats a volums molt menuts, comparables en la seua llongitut d'ona de De Broglie, es comporten com una partícula quàntica en un pou de potencial. La partícula llavors solament pot estar en determinats estats electrons d'energia característica. Quan els electrons absorbixen energia pot transitar a nivells electrònics de major energia. Al dones-excitar-se al seu nivell electrònic inicial, l'excés d'energia és emés en forma de fotons.[8][9][10] Existixen també punts quàntics metàlics, els quals són estructures metàliques molt chicotetes de l'orde de 10 a 300 àtoms i en els quals les propietats de confinament quàntic donen lloc a fenomens d'excitació i emissió similar als observats en punts quàntics semiconductors.[11]
Els punts quàntics tenen una gran varietat d'aplicacions, partint de composts químics i tècniques físiques molt diferents.
Aplicacions
[editar | editar còdic]- Optoelectrònica
- En els punts quàntics de materials semiconductors, com arseniuro d'indi i fosfuro d'indi, es fabriquen diodos làser emissors de llum més eficients que els usats hui en llectors de CD, de còdics de barres i demés. Aixina que s'espera que acaben substituint-los a curt o mig determini.
- Biomedicina
- En este cas, els punts quàntics no estan integrats en una matriu, sino que són cristals independents, pero el seu fonament i les seues propietats físiques són les mateixes. Els punts quàntics emeten llum lluenta i molt estable. En ells s'obtenen imàgens de molt contrast usant làsers menys potents, i no existix el temor de que s'apaguen. Ademés, la llongitut d'ona tan específica a la que lluïxen evita les superposicions, i permet teñir al mateix temps moltes més estructures que en els métodos d'tinción tradicionals.
- Panels solars experimentals
- La tercera generació de cèlules fotovoltaiques usa entre atres possibilitats les superfícies en punts quàntics. El rendiment és major que les cèlules de primera i segona generació i la seua fabricació és més barata. Els punts quàntics són de manufacturación barata, i poden fer el seu treball en combinació en materials com a conductors polímero, que també són de producció barata. Un punt polímero quàntic funcionant podria colocar, eventualment, a l'electricitat solar en una posició econòmica igual a l'electricitat del carbó. Si açò poguera fer-se, seria revolucionari. Una cèlula comercial de punt quàntic solar està encara anys de distància, assumint que siga possible. Pero si ho és, ajudaria a superar el present de combustibles fòssils.
- Nous sistemes d'allumenament
- En un rendiment més eficient.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ Kolobkova, E. V.; Nikonorov, N. V. and Aseev, V. A.(2012).Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics.5(12)
- ↑ (1981).Письма в ЖЭТФ.34
- 363–366.Consultat el 3 de novembre de 2016.
- ↑ (1982).Soviet Physics Semiconductors-USSR.16(7)
- 775–778.
- ↑ (1985).Solid State Communications.56(11)
- 921–924.doi:10.1016/S0038-1098(85)80025-9.
- ↑ «Nanotechnology Timeline». National Nanotechnology Initiative.
- ↑ (1988).Phys Rev Lett.60(6)
- 535–537.doi:10.1103/PhysRevLett.60.535.
- ↑ Revista Mexicana de Física I.61(1 Jan-Jun)
- 35–0.ISSN 2683-2216.Consultat el 29 de juny de 2020.
- ↑ Optical Materials.97
- 109388.doi:10.1016/j.optmat.2019.109388.Consultat el 20 de giner de 2020.
- ↑ Triberis, Georgios P. (2007). The physics of low-dimensional structures : from quàntum wells to DNA and artificial atoms, Nova Science Publishers. OCLC 71873477. ISBN 1-60021-477-0.
- ↑ Journal of Nanomaterials.2018
- 1–8.ISSN 1687-4110.doi:10.1155/2018/3470167.Consultat el 20 de giner de 2020.
- ↑ Scientific Reports.9(1)
- 5699.ISSN 2045-2322.doi:10.1038/s41598-019-42174-1.Consultat el 20 de giner de 2020.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Punto cuántico» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.