I punti quantici stanno rapidamente assumendo un ruolo centrale nelle applicazioni emergenti e negli sviluppi della ricerca, da TV LCD potenziate e celle solari a film sottile, al trasferimento dati ad alta velocità e all'etichettatura fluorescente nelle applicazioni biomediche.

I ricercatori stanno ancora studiando come controllare con precisione la crescita di queste particelle su nanoscala e il loro comportamento quantistico sottostante. Ad esempio, i difetti si formano durante la produzione di materiali semiconduttori, quindi punti identici possono differire nella composizione l'uno dall'altro.

Per saperne di più su questi difetti, e se sono una rovina o un vantaggio, un team di ricerca statunitense, dall'Università dell'Illinois e dall'Università di Washington, ha, per la prima volta, ha dimostrato l'imaging di un punto quantico eccitato elettronicamente a più orientamenti. Riportano i loro risultati questa settimana in Il Giornale di Fisica Chimica .

"Capire come la presenza di difetti localizzi gli stati elettronici eccitati dei punti quantici aiuterà a far progredire l'ingegneria di queste nanoparticelle, ", ha affermato Martin Gruebele dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign e coautore del documento.

I difetti sono spesso considerati una seccatura, ma nel caso delle applicazioni a punti quantici, sono appositamente creati drogando un numero qualsiasi di materiali per impartire funzioni specifiche. "[M]issing atomi in un punto quantico o sostituendo un diverso tipo di atomo sono difetti che alterano la struttura elettronica e cambiano la semiconduttività, catalisi o altre proprietà delle nanoparticelle, " ha detto Gruebele. "Se possiamo imparare a caratterizzarli meglio e controllare con precisione come vengono prodotti, i difetti diventeranno droganti desiderabili invece di un fastidio."

Nel 2005, Il team di Gruebele ha creato una nuova tecnica di imaging, chiamata microscopia a scansione tunnel ad assorbimento a singola molecola (SMA-STM), che combina l'elevata risoluzione spaziale di un microscopio a effetto tunnel con la risoluzione spettrale di un laser. SMA-STM consente l'imaging di singole nanoparticelle in un raggio laser, così la loro struttura elettronica eccitata può essere visualizzata.

Usando il sottile, punta affilata di filo metallico del microscopio a scansione a effetto tunnel, fanno rotolare il punto quantico eccitato dal laser sulla superficie per immagini fette con orientamenti diversi. Le fette possono essere combinate per ricostruire un'immagine 3D di un punto quantico eccitato elettronicamente.

Sebbene la ricerca in questo articolo fosse limitata ai punti quantici di solfuro di piombo e seleniuro di cadmio/solfuro di zinco, la tecnica può essere potenzialmente estesa ad altre composizioni. Per di più, SMA-STM può essere utilizzato anche per esplorare altre nanostrutture, come nanotubi di carbonio e cluster metallici fotocatalitici.

I ricercatori stanno ora lavorando per far avanzare SMA-STM in una tecnica di tomografia a particella singola. Ma, prima che SMA-STM diventi un "vero approccio alla tomografia a particella singola, " devono ancora garantire che la scansione e il rotolamento non danneggino la nanoparticella mentre viene riorientata.

"Supponiamo che, nel futuro, potrebbe essere possibile eseguire la tomografia a particella singola se è possibile evitare danni ai punti quantici durante la manipolazione ripetuta, " disse Gruebele.

La tomografia a particella singola fornirebbe un'immagine più chiara rispetto alla tomografia convenzionale individuando i difetti nelle singole nanoparticelle piuttosto che ricreando un'immagine 3D media che combina le misurazioni di molte particelle.