Ajakirjas Nature avaldatud uurimustöös kirjeldavad Los Alamose teadlased olulisi edusamme kvantpunkti vilkumise fenomeni mõistmisel. Nende uurimustöö tulemused peaksid tõstma bioloogide võimet jälgida üksikuid osakesi, võimaldama tehnoloogidel luua uudseid valgust kiirgavaid dioode ja ühefootonilisi allikaid ning kaasa aitama energia-alast uurimustööd tegevate teadlaste pingutustele uut tüüpi üliefektiivsete päikesepatareide välja arendamisel.
Mis on aga kõige põnevam – Los Alamose uurijad on tõestanud, et vilkumist on võimalik kontrollida ja elektrokeemiliselt isegi täielikult maha suruda. Ajakirjas Nature kirjeldatakse, kuidas teadustöö meeskond arendas välja uudse spektro-elektrokeemilise katse, mis võimaldas neil kontrollitavalt laadida ja tühjendada üksikut kvantpunkti ning samas jälgida selle vilkumist. Need katsed aitasid kaasa kahe erineva vilkumismehhanismi avastamisele. „Meie uurimustöö on tähtis samm stabiilsete, vilkumisest vabade omadustega nanostruktuuride arendustöös. Neid nanostruktuure oleks võimalik rakendada mitmetes valdkondades, alates valgust kiirgavatest dioodidest ja ühefootonilistest allikatest kuni päikesepatareideni,“ sõnas LANL’i teadlane Victor Klimov, kirjutab Physorg.com.
Kunstniku nägemus, kuidas kvantpunkti vilkumise probleemi lahendamine võib viia rakendusteni näiteks tahkisvalgustuse alal. Pilt: Physorg.com
Kvantpunktid on 1–10 nanomeetrise läbimõõduga osakesed. Sellistes üliväikestes mõõtmetes toimivad kvantfüüsikaseadused võimaldavad teadlastel valmistada osakesi, millel on peenelt häälestatavad ja suurusest sõltuvad elektroonilised ja optilised omadused. Koos tõsiasjaga, et neid on võimalik toota lihtsate „märja keemia“ tehnikate abil, muudab nende kvant-iseloom punkte atraktiivseteks materjalideks laia ulatustega rakendustes.
Nanokristallilised kvantpunktid on olnud teadustöö huviorbiidis juba aastakümneid. Valguse neeldumisel või elektrivoolu mõjul kvantpunktid ergastuvad ning eraldavad värvi, mida on võimalik täpselt häälestada infrapunaskiirgusest, nähtavast valgusest kuni ultraviolettspektrini. Neid on ka soodne ja lihtne valmistada.
Eelmainitud eelistest hoolimata tuleb ilmsiks aga puudus – kvantpunkti optilised omadused võivad juhuslikult aja jooksul varieeruda. Võib arvata, et selle muutlikkuse kõige dramaatilisem avaldus on kvantpunkti „vilkumine“.
Lisaks, kui neid ergastada elektrivoolu või valgusega, on kvantpunktidele iseloomulik Augeri ümberpaigutumise efekt. See võistleb valguse kiirgamisega valgust kiirgavates dioodides ja vähendab voolu tootlikkust päikesepatareides. Nii vilkumine kui Augeri ümberpaigutus vähendavad kvantpunktide tõhusust ning nende nähtuste kontrollimine on olnud intensiivse uurimustöö fookuses.
Vilkumise eest vastutava mehhanismi uurimiseks arendas Christophe Galland koos kolleegidega välja uudse spektro-elektrokeemilise katse, mis võimaldas neil kontrollitavalt laadida ja tühjendada üksikut kvantpunkti ja samas jälgida selle vilkumist. Just seda uurimustööd kirjeldatakse ajakirjas Nature ilmnud artiklis. Uurimustöö peamine tulemus on kahe eraldiseisva vilkumismehhanismi avastamine.
Esimene langes kokku traditsioonilise kvantpunkti vilkumise üldmõistega: toimub juhuslik elektriline laadimine ja tühjenemine kvantpunkti tuumas. Selle mudeli kohaselt on laetud seisund „tume“ ülitõhusa kiirguseta Augeri ümberpaigutumise tõttu.
Teine avastatud mehhanism oli üllatuslik; enamik kvantpunkte vilgub kvantpunkti pinnal oleva defekti – „luugi“ –täitumise ja tühjenemise tõttu. Kui luuk pole hõivatud, püüab see kinni „kuuma“ elektroni, mis muidu tekitaks footonite väljavoolu, ja põhjustab seega vilkumise. Kvantpunktide fotofüüsikaliste omaduste edasise uurimisega loodavad teadlased sellele fenomenile välja pakkuda kõikehõlmava teoreetilise mudeli.
„Uut üksiku nanokristalli spektro-elektrokeemia tehnikat võiks hõlpsasti laiendada, uurimaks laadimise mõju laia ulatusega nanostruktuurides, sealhulgas süsinikust nanotorudes ja nanojuhtmetes,“ väitis CINT meeskonna teadlane Han Htoon. „Ma usun, et sellest saab tähtis uus võimekus CINT’i jaoks.“
Teadusartikkel: ,,Two types of luminescence blinking revealed by spectroelectrochemistry of single quantum dots“
Leave a Reply