(PhysOrg.com) -- Ricerca degli scienziati di Los Alamos pubblicata oggi sulla rivista Natura documenta progressi significativi nella comprensione del fenomeno del punto quantico lampeggiante. I loro risultati dovrebbero migliorare la capacità dei biologi di tracciare singole particelle, consentire ai tecnologi di creare nuovi diodi emettitori di luce e sorgenti a singolo fotone, e potenziare gli sforzi dei ricercatori nel campo dell'energia per sviluppare nuovi tipi di celle solari altamente efficienti.

La cosa più eccitante è che i ricercatori di Los Alamos hanno dimostrato che il battito delle palpebre può essere controllato e persino completamente soppresso elettrochimicamente. Come descrive l'articolo sulla natura, il gruppo ha sviluppato un nuovo esperimento spettroelettrochimico che ha permesso loro di caricare e scaricare in modo controllabile un singolo punto quantico monitorando il suo comportamento lampeggiante. Questi esperimenti hanno facilitato la scoperta di due distinti meccanismi di lampeggiamento. "Il nostro lavoro è un passo importante nello sviluppo di nanostrutture con stabilità, proprietà senza lampeggiamento per applicazioni da diodi emettitori di luce e sorgenti a singolo fotone a celle solari, " ha detto Victor Klimov, Scienziato LANL e direttore del Center for Advanced Solar Photophysics (CASP).

I punti quantici sono particelle di diametro compreso tra 1 e 10 nanometri. Un nanometro è largo solo un miliardesimo di metro, o circa 1/3000 del diametro di un capello umano. A queste piccole dimensioni, le regole della fisica quantistica consentono agli scienziati di produrre particelle con precisione sintonizzabile, proprietà elettroniche e ottiche dipendenti dalle dimensioni. Insieme al fatto che possono essere fabbricati mediante facili tecniche di chimica umida, la loro natura quantistica rende questi punti materiali attraenti per una vasta gamma di applicazioni.

I punti quantici di nanocristalli sono sulla scena della ricerca da decenni. Il colore che producono quando sono eccitati dall'assorbimento della luce o dalla corrente elettrica può essere sintonizzato con precisione dagli spettri dell'infrarosso attraverso il visibile all'ultravioletto, e sono economici e facili da realizzare.

A fronte di questi vantaggi c'è uno svantaggio:le proprietà ottiche dei punti quantici possono variare casualmente nel tempo. Forse, la manifestazione più drammatica di questa variazione è il "lampeggio" del punto quantico.

Inoltre, se alimentato da corrente elettrica o luce, sono caratterizzati da un effetto noto come ricombinazione Auger che compete con l'emissione di luce nei diodi emettitori di luce e riduce l'uscita di corrente nelle celle solari. Sia il lampeggio che la ricombinazione Auger riducono l'efficienza dei punti quantici, e controllarli è stato al centro di un'intensa ricerca.

Per sondare il meccanismo responsabile del lampeggiamento, Christophe Galland, ricercatore post-dottorato in CASP, insieme ai collaboratori del Center for Integrated Nanotechnologies (CINT) e del CASP hanno sviluppato un nuovo esperimento spettroelettrochimico che ha permesso loro di caricare e scaricare in modo controllabile un singolo punto quantico monitorando il suo comportamento lampeggiante. È questo lavoro che è descritto nell'articolo Nature. Il suo risultato principale è la scoperta di due distinti meccanismi di lampeggiamento.

Il primo è coerente con il concetto tradizionale di punto quantico lampeggiante, questo è, la carica e scarica elettrica casuale del nucleo del punto. In questo modello, uno stato carico è "oscuro" a causa della ricombinazione Auger non radiativa altamente efficiente.

Il secondo meccanismo è stato una sorpresa; la maggior parte dei punti quantici lampeggia a causa del riempimento e dello svuotamento di una "trappola" di difetti superficiali sul punto. Se non occupato, questa trappola intercetta un elettrone "caldo" che altrimenti produrrebbe emissione di fotoni, provocando così un battito di ciglia. Con ulteriori ricerche sulle proprietà fotofisiche dei punti quantici, gli scienziati sperano di fornire un modello teorico completo di questo fenomeno.

"La nuova tecnica di spettro-elettrochimica a singolo nanocristallo sviluppata qui potrebbe essere prontamente estesa per studiare l'effetto della carica in un'ampia gamma di nanostrutture, compresi nanotubi di carbonio e nanofili, " ha detto Han Htoon, uno scienziato dello staff del CINT che ha preso parte alla ricerca. "Credo che diventerà una nuova importante capacità per CINT."

Gli esperimenti sono stati condotti presso CINT, una struttura per gli utenti dell'Ufficio della scienza del Dipartimento dell'energia degli Stati Uniti e un Centro di ricerca scientifica su nanoscala. La sua enfasi è sull'esplorazione del percorso dalla scoperta scientifica all'integrazione delle nanostrutture nei mondi micro e macro.