(Phys.org) - Al di fuori della sua carriera di noto nanochimico, Il direttore del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) Paul Alivisatos è un appassionato fotografo. Per mostrare le sue foto, il suo dispositivo preferito è un tablet Kindle Fire HDX perché "il display a colori è molto meglio di altri tablet, " lui dice.

Ciò che può trascurare di dire allo spettatore è che non solo ha scattato la fotografia, ha anche aiutato a inventare la nanotecnologia permettendo allo spettatore di vedere quei verdi brillanti, rossi ricchi, e audaci blues, il tutto utilizzando molta meno energia. Infatti, il display Kindle utilizza una tecnologia prodotta da Nanosys, una startup che Alivisatos ha cofondato nel 2001 per commercializzare punti quantici.

"I punti quantici offrono una purezza del colore molto elevata e possono creare un display a colori con una gamma di colori più ampia, quindi è molto piacevole alla vista, " Alivisatos ha detto. "Sono anche molto efficienti dal punto di vista energetico".

Fu nel suo laboratorio quasi 20 anni fa che, insieme al collaboratore Shimon Weiss, Alivisatos ha sintetizzato nanocristalli sferici costituiti da un nucleo di seleniuro di cadmio all'interno di un guscio di solfuro di cadmio. La cosa notevole di questi punti quantici era che potevano emettere luce estremamente pura di quasi tutti i colori, a seconda della loro dimensione.

Da allora, I punti quantici di Berkeley Lab non hanno trovato la loro strada solo nei tablet, schermi di computer, e televisori, sono anche utilizzati negli strumenti di imaging biologico e medico, e ora il laboratorio di Alivisatos li sta esplorando per celle solari e applicazioni di imaging cerebrale.

Poiché la dimensione dei punti quantici può essere facilmente "regolata" - punti di dimensioni diverse emettono colori diversi - il regno delle possibili applicazioni è vasto. "Ci sono molte migliaia di gruppi di ricerca accademici in tutto il mondo che utilizzano regolarmente punti quantici, " ha detto Alivisato.

Nanosi, con sede a Milpitas, California, impiega circa 100 persone e produce 25 tonnellate di punti quantici ogni anno, abbastanza per 10 milioni di televisori. I punti quantici sono nanocristalli inorganici realizzati da semiconduttori e comprendono una nuova classe di materiali. "La loro proprietà unica è che la larghezza della linea di emissione è molto stretta, dell'ordine di 30 nanometri, " ha detto lo scienziato capo di Nanosys Jian Chen. "Li rende molto puri nel colore. Sono essenzialmente i fosfori di colore più puri là fuori."

I display nella maggior parte dei dispositivi elettronici oggi sul mercato utilizzano schermi a cristalli liquidi (LCD), che in genere comportano l'illuminazione di una luce bianca attraverso una serie di filtri per produrre lo spettro dei colori. Ciò si traduce in uno spreco di energia. I punti quantici di Nanosys sono progettati per migliorare le prestazioni cromatiche ed energetiche dei display LCD.

Si è scoperto che la struttura core-shell dei punti quantici sintetizzati nel laboratorio di Alivsatos è stata una svolta fondamentale per ottenere un'elevata efficienza di conversione della luce. "Utilizzando la struttura core-shell, l'efficienza di conversione dei fotoni può essere buona come, o vicino a, 100 percento, " Chen ha detto. "Ciò che significa è, se 100 fotoni colpiscono un punto quantico, quasi 100 fotoni possono essere emessi dal punto quantico."

Nanosys afferma che la sua tecnologia rende i display il 20% più efficienti dal punto di vista energetico, il che significa una maggiore durata della batteria per il dispositivo. "Il venti percento non sembra una quantità enorme, ma se si considera che il display consuma metà della potenza di un tablet o dispositivo, in realtà è un grande miglioramento, ", ha dichiarato il portavoce di Nanosys Jeff Yurek.

Ad un certo punto futuro, Yurek afferma che Nanosys potrebbe sviluppare un'applicazione di illuminazione per i suoi punti quantici. "I punti quantici sono gli emettitori di luce più efficienti al mondo:sono efficienti quasi al 100%, " ha detto. "Ci sono cose interessanti che puoi fare in termini di illuminazione generale. Potremmo rendere più efficiente una lampadina a LED pur mantenendo la qualità del colore di una lampadina a incandescenza. Questo è qualcosa di più lungo la strada per noi".

L'altra azienda di punti quantici di Alivisatos—Quantum Dot Corp., che ha co-fondato nel 1998 per commercializzare l'uso di punti quantici per l'etichettatura luminescente dei tessuti biologici, da allora è stato acquisito, e quella tecnologia si trova ora negli strumenti di imaging biologico e medico realizzati da Thermo Fisher Scientific.

Nel frattempo, continua a lavorare sui punti quantici per altre applicazioni. Una delle aree principali è la ricerca sul cervello, oggetto di una grande iniziativa scientifica annunciata dal presidente Obama nel 2013, Brain Research attraverso l'avanzamento delle neurotecnologie innovative (BRAIN).

"Per l'attività cerebrale, i punti quantici come li conosciamo non sono così utili per misurare il potenziale di membrana nei neuroni e cose del genere, ma ci sono molte idee su come creare nuove generazioni di punti quantici sensibili ai neurotrasmettitori, quindi potrebbe esserci del potenziale per il neuroimaging, " ha detto. "E 'molto presto, ma stiamo sicuramente lavorando su cose del genere".

Un'altra possibile applicazione è per le celle solari, che era l'obiettivo originale di Nanosys quando è stato lanciato. "Per un po' sono stato scoraggiato dalle applicazioni dell'energia solare, " ha detto Alivisatos. "Più di recente, abbiamo lavorato come parte di questo (Dipartimento dell'Energia) Energy Frontier Research Center con gruppi del Caltech e dell'Università dell'Illinois [il Centro di interazione tra materiale leggero e conversione dell'energia guidato dal California Institute of Technology]. Abbiamo idee per concentratori di luminescenza, dove i punti quantici possono avere vantaggi molto significativi per il solare. Quindi abbiamo una nuova idea. Non è ancora stato dimostrato in laboratorio, ma i primi lavori sono promettenti".