I ricercatori dell'Università dell'Alabama a Huntsville e dell'Università dell'Oklahoma hanno trovato un nuovo modo per controllare le proprietà dei punti quantici, quei piccoli pezzi di materiale semiconduttore che brillano di colori diversi a seconda delle loro dimensioni. punti quantici, che sono così piccoli che iniziano a mostrare proprietà quantistiche simili agli atomi, hanno una vasta gamma di potenziali applicazioni, da sensori, diodi emettitori di luce, e celle solari, ai tag fluorescenti per l'imaging biomedico e ai qubit nell'informatica quantistica.

Una proprietà chiave dei punti quantici che li rende così utili è la loro fluorescenza. Gli scienziati possono "sintonizzare" i punti quantici per emettere un colore specifico di luce regolandone le dimensioni:i punti piccoli si illuminano di blu e i punti grandi si illuminano di rosso. Però, la capacità dei punti di brillare può cambiare nel tempo con l'esposizione alla luce e all'aria.

Seyed Sadeghi, un fisico all'Università dell'Alabama a Huntsville, si chiedeva se fosse possibile controllare meglio come i punti quantici reagiscono al loro ambiente. Il suo team aveva precedentemente scoperto che posizionare punti quantici di un certo tipo su strati sottili di nanometri di cromo e ossidi di alluminio alterava significativamente il comportamento dei punti:l'ossido di alluminio aumentava la loro efficienza di emissione, mentre l'ossido di cromo ha aumentato il tasso di degradazione dei punti quando esposto all'aria. I ricercatori hanno deciso di estendere le loro indagini ai punti quantici con strutture diverse.

I punti quantici sono disponibili in una varietà di forme, dimensioni, e materiali. Per gli studi più recenti di Sadeghi e dei suoi colleghi, pubblicato in Rivista di fisica applicata , i ricercatori hanno sondato il comportamento di quattro diversi tipi di punti quantici disponibili in commercio. Alcuni dei punti quantici avevano gusci protettivi, mentre altri no. Inoltre, alcuni dei punti avevano nuclei fatti di materiali binari (due tipi di semiconduttori), mentre altri avevano nuclei di materiale ternario (tre tipi di semiconduttori). Tutti i punti quantici erano stati prodotti mediante sintesi chimica.

I ricercatori hanno scoperto che l'ossido di alluminio ultrasottile potrebbe rendere i punti quantici più luminosi e che l'effetto era molto più significativo per i punti quantici senza gusci protettivi. Hanno anche scoperto che mentre i punti quantici con nuclei sia binari che ternari si restringono dopo aver reagito con l'ossigeno nell'aria, i punti del nucleo ternario posti sull'ossido di alluminio brillavano più luminosi nonostante il restringimento. Questa osservazione ha sorpreso i ricercatori, Sadeghi ha detto, e mentre non hanno ancora una spiegazione per la differenza, stanno continuando a studiarlo.

"I risultati di questi studi possono servire a migliorare l'efficienza di emissione dei punti quantici, che è una caratteristica importante per molte applicazioni come i dispositivi a emissione di luce, sensori, rilevatori, dispositivi fotovoltaici, e lo studio di un'ampia gamma di fenomeni fisici quantistici e su scala nanometrica, " ha detto Sadeghi. I punti quantici hanno già contribuito ad aumentare l'efficienza di molti dispositivi ottici, ha notato, e l'ulteriore sviluppo e applicazione delle proprietà uniche dei punti quantici, anche nei settori dell'imaging biologico e della medicina, continua ad essere un obiettivo primario di studio scientifico. Come passo successivo nella loro ricerca, Sadeghi e i suoi colleghi intendono studiare come gli ossidi metallici potrebbero influenzare il comportamento dei punti quantici quando sono vicini alle nanoparticelle metalliche.