Квантовая точка — это… Что такое Квантовая точка?

У этого термина существуют и другие значения, см. Точка (значения). Квантовая точка  фрагмент проводника или полупроводника (например InGaAs, CdSe или GaInP/InP), носители заряда (электроны или дырки) которого ограничены в пространстве по…

1. Что такое квантовая точка?

На рисунке 1 представлено строение трехмерной квантовой точки. [4]

Первооткрывателями нанокристаллических полупроводниковых квантовых точек, выполнившими пионерские исследования их электронных и оптических свойств, были наши соотечественники: A. И. Екимов и A. A. Онущенко. В 1981 году они предложили и реализовали первые КТ — микрокристаллы соединений А2B6, сформированные в стеклянной матрице.

Квантовыми точками (КТ) называют частицы с характерными размерами в области наномасштаба — меньше 100 нанометров — во всех трех измерениях, которые содержат электроны проводимости.

При таких размерах квантовая точка уподобляется свойствами атому, ее так часто и называют — искусственный атом. Как известно, в квантовой механике наряду с массой частице присваивается некая длина волны, связанная с ее энергией. В этом проявляется корпускулярно-волновой дуализм. Когда длина волны становится сравнимой с характерными размерами ограничивающего такую частицу пространства, энергетические уровни делаются дискретными, что мы и наблюдаем в атомах и квантовых точках. Благодаря успехам технологии можно получать КТ различного размера, изменяя энергетический спектр. Это дает широкие возможности при формировании наноструктур, в зависимости от поставленных задач. [1]

Рис. 2. Энергетический спектр квантовой точки [3]

Энергетический спектр квантовой точки неоднороден, в нем есть отдельные уровни энергии для электрона (отрицательно заряженной частицы) и дырки. Дыркой в полупроводниках называется незаполненная валентная связь, носитель положительного заряда численно равному электрону, она появляется, когда связь между ядром и электроном разрывается.

Если создаются условия, при которых носитель заряда в кристалле переходит с уровня на уровень, то при этом переходе излучается фотон. Изменяя размер частицы можно управлять частотой поглощения и длиной волны этого излучения. Практически же это значит, что в зависимости от размера частицы точки при облучении они будут светиться разным цветом.

Рис. 3. Изменение цвета (полосы испускания) коллоидного раствора частиц CdSe в оболочке ZnSe в зависимости от размера квантовых точек. [3]

Возможность контролировать длину волны излучения через размер частицы позволяет получать из квантовых точек устойчивые вещества, превращающие поглощаемую ими энергию в световое излучение – фотостабильные люминофоры. [3]

На смену элементам электронных приборов, для которых применимо классическое описание, приходит элементная база наноэлектроники, где необходим последовательно квантовомеханический подход. Квантово-размерные наноструктуры важны не только для наноэлектроники, но и как основа информационных систем нового поколения, они могут применяться для создания магниточувствительных детекторов, на их основе в оптоэлектронике создаются сверхмалые лазерные источники.

Современная субмикронная технология позволяет создавать объекты, в которых движение электронов локализовано в плоскости. Такая ситуация имеет место в полупроводниковых гетероструктурах, на переходе металл-диэлектрик. При приложении достаточно высокого напряжения перпендикулярно слоям гетероструктуры электроны выходят на поверхность и ведут себя как двумерный электронный газ. Если к тому же потенциал ограничивает электроны в одном направлении в плоскости, то электроны могут свободно двигаться только в одном оставшемся — это одномерный газ (квантовые проволоки). Если же ограничивается движение электронов в обоих направлениях, мы получаем квантовую точку. [4. с. 34]

1.1. Квантовые точки — искусственные атомы

Квантовые точки (КТ) — это гигантские (по сравнению с атомами) искусственные атомы с контролируемыми параметрами. Современные технологии позволяют получать и отдельные КТ, и массивы КТ с контролируемыми параметрами, такими как расположение, область локализации, число носителей заряда, крутизна удерживающего потенциала. Если мы сравним КТ и “обычные” атомы, то КТ перспективны из-за возможности управлять их свойствами с помощью магнитного поля (таблица 1). Чтобы значимо изменить свойства обычных атомов, требуются поля, как в нейтронных звездах, а для квантовых точек — вполне доступные в земных лабораториях.

Таблица 1. Сравнение параметров квантовых точек и атомов [4]

Системы же КТ могут рассматриваться как искусственные гигантские молекулы с контролируемо изменяемыми параметрам. Периодические и апериодические массивы КТ — искусственные кристаллы и квазикристаллы.

Рис. 4. Строение двумерной квантовой точки. [4]

Типичный размер квантовой точки — несколько десятков нанометров, однако размер занятой электронами области из-за внешнего потенциала может быть значительно меньше. В такой ситуации становится существенным квантование движения в плоскости границы, так что получается структура, подобная атому (с дискретными уровнями энергии), но роль атомного потенциала выполняет искусственно созданный потенциал квантовой точки, а число электронов может контролируемо изменяться от единиц до нескольких сотен. [4, с. 34]

1.2. Преимущества квантовых точек

Растворы на основе квантовых точек превосходят традиционные органические и неорганические люминофоры по ряду параметров, важных для тех областей практического применения, в которых необходима точная перенастраиваемая люминесценция.

Квантовые точки — фотостабильные люминофоры

• Фотостабильны, сохраняют флуоресцентные свойства в течение нескольких лет.
• Высокая стойкость к фотовыцветанию: в 100 – 1000 раз выше, чем у органических флуорофоров.
• Высоких квантовый выход флуоресценции – до 90%.
• Широкий спектр возбуждения: от УФ до ИК (400 – 200 нм).
• Высокая чистота цвета из-за высоких пиков флуоресценции (25-40 нм).
• Высокая устойчивость к химической деградации.

Еще одним преимуществом, в особенности для полиграфии, является то, что на основе квантовых точек можно делать золи – высокодисперсные коллоидные системы с жидкой средой, в которой распределены мелкие частицы. А значит из них можно производить растворы, пригодные для струйной печати. [3]

Другое не менее важное свойство квантовой точки связано с проявлением дискретности заряда при протекании электрического тока через замкнутую цепь, включающую КТ. При уменьшении размеров квантовой точки увеличивается энергия, необходимая для переноса на нее единичного заряда (вследствие уменьшения емкости КТ пропорционально ее характерному размеру). Это приводит к явлению осцилляции, то есть колебания тока при протекании через КТ, период которых определяется переносом единичного заряда в квантовой точке, что открывает путь к управлению током с точностью до отдельного электрона. Сегодня подобные исследования составляют отдельное направление — одноэлектронику. [1]

Источник: http://sneg5.com/nauka/nauchnye-publikacii/kvantovaya-tochka-chto-ehto-takoe.html

Что это?

Квантовая точка – это элемент со свойствами проводника или полупроводника с ограниченным в трех пространствах носителем заряда. Название «квантовая» точка получила благодаря тому, что несмотря на небольшие размеры частица имеет характеристики, присущие электронам.

Источник: http://tv-vybor.ru/stati/1778-tehnologija-kvantovyh-tochek.html

Что такое квантовые точки?

Квантовые точки (КТ) представляют собой нанокристаллы некоторых полупроводниковых материалов, например, кремния. Их величина измеряется в миллиардных долях метра и варьируется от 2 до 10 нм. В силу такого микроскопического размера КТ ведут себя иначе, чем в объёмных полупроводниках. При определённом воздействии точки могут светиться различными цветами и этим процессом можно управлять.

Источник: http://vedu.ru/news-kvantovye-tochki-i-oblasti-ih-primeneniya/

Смотрите также

• Список лазерных статей

Источник: http://wiki2.wiki/wiki/Quantum_dot_laser

Типы квантовых точек

Различают два типа квантовых точек (по способу создания):

• эпитаксиальные квантовые точки;
• коллоидные квантовые точки.

Источник: http://wiki2.org/ru/Квантовая_точка

Преимущества нанокристаллов перед LED

Вкратце перечислим основные преимущества телевизоров с экраном из квантовых точек над жидкокристаллическими моделями со светодиодной подсветкой:

• максимальная чёткость благодаря мгновенному отклику;
• широкий угол обзора;
• цветовой диапазон;
• яркость.

По всем техническим характеристикам QLED превосходят LED модели, за исключением стоимости. Жидкокристаллические устройства со светодиодной подсветкой стоят намного дешевле. Впрочем, это объясняется инновационностью технологии квантовых точек.

Источник: http://prosmarttv.ru/tehnologii/kvantovye-tochki.html

Как работает обычная LED-подсветка?

Чтобы перейти к сравнению различных технологий, стоит подробно изучить каждую и разобраться, например, с тем, как работает стандартный ЖК-экран. Обычный дисплей – это слоеная конструкция, основу которой представляют кристаллы. Сами по себе элементы светить не могут. Поэтому важно обеспечить подачу света на элементы. Принцип работы достаточно прост:

1. Сзади стандартного LED-телевизора расположена светодиодная матрица. Она светится постоянным белым цветом, яркость которого не меняется.
2. Свет, который выдает матрица, поступает на рассеивающий слой, а затем проникает на другую матрицу, в основе которой лежат жидкие кристаллы.
3. Наночастицы представляют собой пиксели с предусмотренными субпикселями в количестве трех штук. В каждом субпикселе содержатся фильтры из красного, зеленого и синего цвета.
4. Транзистор, предусмотренный конструкцией, регулирует подачу и яркость света, направленного на кристаллы. В результате такого контроля формируется цвет и свет пикселей.

В конце зритель получает изображение, которое показывает экран. В нем пиксели образуют единую картинку.Становится понятно, что для достижения нужного цветового качества требуется два фактора: точные цвета светофильтров и правильная подсветка матрицы с широким спектром. Обычно с последним у LED-телевизоров возникают проблемы.

Большая часть матриц в таких устройствах не белые и обладают небольшим цветовым спектром. Обычно производители расширяют спектр за счет использования специальных покрытий. Но полученный в результате таких решений цвет нельзя назвать идеальным.

Источник: http://tv-vybor.ru/stati/1778-tehnologija-kvantovyh-tochek.html

Рекомендации

• Fujitsu (10 сентября 2004 г.). Fujitsu, Токийский университет разработали первый в мире лазер на квантовых точках 10 Гбит / с с революционным выходом, независимым от температуры. Пресс-релиз.

Источник: http://wiki2.wiki/wiki/Quantum_dot_laser

Применение квантовых точек

Квантовые точки являются перспективными материалами в медицине, биологии, оптике, оптоэлектронике, микроэлектронике, полиграфии, энергетике.

Коллоидные квантовые точки являются хорошей заменой традиционных люминофоров, как органических, так и неорганических. Они превосходят их по фотостабильности, яркости флуоресценции, а также имеют некоторые уникальные свойства[13]. Оптические свойства этих нанокристаллов  используются в самых неожиданных исследованиях, в которых требуется удобная, перестраиваемая люминесценция, например в биологических исследованиях. Например, квантовые точки разных размеров проникают в разные части клеток и окрашивают их в разные цвета[14][15].

Квантовые точки всё больше используются в качестве биомаркеров для визуализации в медицине, например для окрашивания опухолей или аутоиммунных антител, доставки лекарств к нужным тканям (присоединяя лекарственные вещества к наночастицам, можно более точно нацеливать их на опухоли)[16].

Ещё недавно о широком применении квантовых точек в электронике речи не шло, но в последние годы ряд компаний выпустил на рынок продукцию с использованием данных наночастиц. Среди анонсированных продуктов имеются как экспериментальные образцы, так и массовые изделия. Компания LG Display ещё в 2010 году создала первые прототипы дисплеев на основе квантовых точек[17]. В 2015 году TPV Technology разработала совместно с QD Vision и выпустила в продажу первый потребительский монитор 276E6ADS на базе квантовых точек[18]. В настоящее время жк-панели с подсветкой на квантовых точках (QD-LED) устанавливают в свои телевизоры Samsung, LG Electronics, Sony, TCL Corporation, Hisense. Существует программа создания устройств отображения, где сами квантовые точки будут выступать в роли светоизлучателей[19].

Возможное применение квантовых точек: полевые транзисторы, фотоэлементы, LED, лазерные диоды[1]. Компания Nexxus Lighting в 2009 году выпустила светодиодную лампу с использованием квантовых точек[20].

На основе КТ можно изготавливать покрытия, изменяющие излучение существующих источников света или солнечного света, что может быть применимо, например, в сельском хозяйстве для преобразования ультрафиолетового света в красный, который полезен растениям.

Квантовые точки также применяются в гибридных солнечных батареях в качестве материала, преобразующего солнечную энергию в постоянный электрический ток. Использование квантовых точек в многослойных солнечных батареях позволяет добиться более эффективного поглощения солнечного излучения, так как они могут поглощать свет в более широком диапазоне (включая инфракрасный и ультрафиолетовый), чем традиционные солнечные элементы[21].

UbiQD, Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (англ.)русск., Лос-Аламосская национальная лаборатория разрабатывают люминесцентный солнечный концентратор (LSC) на квантовых точках[22][23].

Квантовые точки могут входить в состав чернил для защиты документов и ценных бумаг от фальсификации[24][25].

Квантовые точки — один из главных кандидатов для представления кубитов в квантовых вычислениях.

В нефтегазовой отрасли квантовые точки применяются в технологии маркерных исследований горизонтальных скважин компании GeoSplit[26].

Источник: http://wiki2.org/ru/Квантовая_точка

Это все еще LCD-телевизор

Широкая цветовая гамма особенно пригодится для новых 4К-телевизоров и цветовой субдискретизации типа 4:4:4, которая нас ждет в будущих стандартах. Это все прекрасно, но помните, что квантовые точки не устраняют других проблем ЖК-телевизоров. Например, практически невозможно получить идеальный черный, потому как жидкие кристаллы (те самые как бы «жалюзи», о чем я писал выше) не способны полностью блокировать свет. Они могут лишь «прикрываться», но не закрываться полностью.

Квантовые точки призваны улучшить цветопередачу, а это значительно улучшит впечатление от картинки. Но это не OLED-технология или плазма, где пиксели способны полностью прекращать подачу света. Тем не менее плазменные телевизоры ушли на пенсию, а OLED по-прежнему слишком дороги для большинства потребителей, поэтому все же приятно знать, что в скором времени производители предложат нам новый вид LED-телевизоров, который будет показывать лучше.

Источник: http://stereo.ru/to/8ztlo-chto-takoe-qd-televizor-gde-iskat-kvantovye-tochki-i-pochemu-oni-pokazyvayut

5. Источники публикации

1. Наночастицы с огромным потенциалом [В Интернете] / авт. Двуреченский Анатолий Васильевич // Науки в Сибири. – издание Сибирского отделения РАН, 01 11 2018 г.. – 05 06 2020 г.. – http://www.sbras.info/articles/science/nanochastitsy-s-ogromnym-potentsialom

2. Полупроводниковые коллоидные квантовые точки [Электронное учебное пособие] / авт. Грибкова Н. С. Лесняк В. И.. – Ростов-на-Дону : Южный федеральный университет ; Международный исследовательский центр “Интелектуальные материалы”, 2017 г. http://sneg5.com/wp-content/uploads/2-Полупроводниковые-коллоидные-КТ-5_уч-пособие_ЮФУ_2017.pdf

3. Квантовые точки: полиграфия и другие области применения [В Интернете] / авт. Ольга Филатова // Печатник.com — полиграфический портал. – 08 12 2016 г.. – 05 06 2020 г.. – https://pechatnick.com/articles/kvantovie-tochki-poligrafiya-i-drygie-oblasti-primeneniya

4. Микроэлектроника переходит на квантовые точки [Журнал] / авт. Капуткина Наталия, Алтайский Михаил // Коммерсантъ-Наука. – Москва : АО «Коммерсантъ», 30 11 2015 г.. – № 7. – стр. 34-36.

стр. 34: http://sneg5.com/wp-content/uploads/NAUKA_07-2015_34.pdf

стр. 35: http://sneg5.com/wp-content/uploads/NAUKA_07-2015_35.pdf

5. Квантовые точки — что это такое [Видео] Канал администратора общественно-образовательного портала SNEG5.com   https://youtu.be/XkJLgQuNfXo

6. Квантовые точки — светодиоды и краски [Видео] Канал администратора общественно-образовательного портала SNEG5.com  https://youtu.be/rfTGFsFWPp8

Литература по теме «Квантовая точка»

1. Марков, С.А. Органический синтез коллоидных квантовых точек / С.А. Марков // Окно в микромир. – 2002. – № 4. – С. 18-24.

2. Козлова, М.В. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико- математических наук. Особенности нелинейного поглощения при резонансном одно- и двухфотонном возбуждении экситонов в коллоидных квантовых точках CdSe/ZnS / М.В. Козлова. – Москва, 2015.

3. Ненашев, А.В. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Моделирование электронной структуры квантовых точек / А.В. Ненашев. – Новосибирск, 2004.

4. Кравцова, А.Н. “In silico исследование атомной и электронной структуры квантовых точек CdTe, допированных атомами редкоземельных элементов” / А.Н Кравцова, А.В. Солдатов, С.А. Сучкова, // Журнал структурной химии. – 2016. – Т. 57, № 3. – С. 508 – 514.

5. Кравцова, А.Н. Допированные квантовые точки семейства CdTe / А.Н Кравцова, А.В. Солдатов, С.А. Сучкова, К.А. Ломанченко, И.А. Панкин, М.Б. Файн, А.Л. Бугаев // Известия РАН. Серия физическая – 2015. – Т. 79, № 11. – С. 1612-1611.

6. https://www.scm.com/

7. Васильев, Р.Б. Методические материалы. Квантовые точки: синтез, свойства, применение // Р.Б. Васильев, Д.Н. Дирин. – М: ФНМ МГУ, 2007.

8. Солдатов, А.В. Методические указания по курсу “Спектроскопия рентгеновского поглощения”. Часть II / А.В. Солдатов. – Ростов-на-Дону. – 2011.

9. Квантовые точки (Quantum dot LED) — новая технология производства дисплеев [В Интернете] / авт. Виталий Шундрин // MediaPure.ru — cтатьи о компьютерах, мультимедийной технике. – 01 05 2015 г.. – 05 06 2020 г.. – https://mediapure.ru/matchast/kvantovye-tochki-quantum-dot-led-novaya-texnologiya-proizvodstva-displeev/

Источник: http://sneg5.com/nauka/nauchnye-publikacii/kvantovaya-tochka-chto-ehto-takoe.html

См. также

• Наноматериал
• Квантовый провод
• Двумерный электронный газ
• Квантовый точечный контакт
• Дисплей на квантовых точках
• Лазер на квантовых точках
• Программируемая материя
• Квантовая антиточка

Источник: http://wiki2.org/ru/Квантовая_точка

Комментарии

Источник: http://wiki2.org/ru/Квантовая_точка

Ссылки

• Российская корпорация нанотехнологий (недоступная ссылка)
• Телевизор на квантовых точках (рус.). TV-Smart.Ru (16 января 2015). Дата обращения: 11 апреля 2019.
• Онищенко Е. Полупроводниковые гетероструктуры (рус.). Scientific.ru (Междисциплинарный научный сервер). Дата обращения: 11 апреля 2019.
• Создана логическая схема на квантовых точках (рус.). membrana.ru (18 января 2006). Дата обращения: 11 апреля 2019.
• Квантовые точки и где они обитают (рус.). gagadget.com. Дата обращения: 11 апреля 2019.
• Кульбачинский В. А. Полупроводниковые квантовые точки (рус.) // Соросовский образовательный журнал : журнал. — 2001. — Т. 7, № 4. — С. 98—104.

Эта страница в последний раз была отредактирована 25 декабря 2020 в 17:43.

Как только страница обновилась в Википедии она обновляется в Вики 2.
Обычно почти сразу, изредка в течении часа.

Источник: http://wiki2.org/ru/Квантовая_точка