I nuovi punti quantici colloidali sono formati da un nucleo emettitore di cadmio/selenio (Cd/Se) racchiuso in un guscio CdxZn1-xSe di grado compositivo in cui la frazione di zinco rispetto al cadmio aumenta verso la periferia del punto. A causa di un disadattamento reticolare asimmetrico direzionale tra CdSe e ZnSe, il centro, in alto a destra, è compresso più fortemente perpendicolarmente all'asse del cristallo che lungo di esso. Questo porta a modifiche della struttura elettronica del core CdSe, che influisce positivamente sulle sue proprietà di emissione di luce. Immagine in basso:tracce sperimentali dell'intensità di emissione da un punto quantico convenzionale (pannello superiore) e un nuovo punto quantico compresso asimmetricamente (pannello inferiore) risolte spettralmente e temporalmente. L'emissione dal punto quantico convenzionale mostra forti fluttuazioni spettrali ("salti spettrali" e "diffusione spettrale"). L'emissione dai punti quantici compressi asimmetricamente è altamente stabile sia nei domini di intensità che in quelli spettrali. Inoltre, mostra una larghezza di linea molto più stretta, che è inferiore all'energia termica a temperatura ambiente (25 meV). Credito:Los Alamos National Laboratory
Lo "schiacciamento" intenzionale di punti quantici colloidali durante la sintesi chimica crea punti in grado di stabilizzarsi, Emissione luminosa "blink-free" del tutto confrontabile con la luce prodotta da punti realizzati con lavorazioni più complesse. I punti schiacciati emettono una luce spettrale stretta con un'intensità altamente stabile e un'energia di emissione non fluttuante. Una nuova ricerca presso il Los Alamos National Laboratory suggerisce che i punti quantici colloidali tesi rappresentano una valida alternativa alle sorgenti di luce su nanoscala attualmente utilizzate, e meritano l'esplorazione come particella singola, sorgenti luminose su nanoscala per circuiti ottici "quantici", sensori ultrasensibili, e diagnostica medica.
"Oltre a mostrare prestazioni notevolmente migliorate rispetto ai punti quantici prodotti in modo tradizionale, questi nuovi punti tesi potrebbero offrire una flessibilità senza precedenti nella manipolazione del colore di emissione, in combinazione con l'insolitamente stretto, larghezza di linea "subtermale", " ha detto Victor Klimov, condurre il ricercatore di Los Alamos sul progetto. "I punti schiacciati mostrano anche compatibilità con praticamente qualsiasi substrato o mezzo di inclusione, nonché vari ambienti chimici e biologici".
Le nuove tecniche di elaborazione colloidale consentono la preparazione di emettitori di punti quantici virtualmente ideali con rendimenti quantici di emissione di quasi il 100% mostrati per un'ampia gamma di lunghezze d'onda infrarosse e ultraviolette. Questi progressi sono stati sfruttati in una varietà di tecnologie di emissione di luce, con conseguente commercializzazione di successo di display e televisori a punti quantici.
La prossima frontiera è l'esplorazione dei punti quantici colloidali come particelle singole, sorgenti luminose su nanoscala. Tali future tecnologie "a punto singolo" richiederebbero particelle con elevata stabilità, caratteristiche spettrali non fluttuanti. Recentemente, sono stati compiuti notevoli progressi nell'eliminazione di variazioni casuali nell'intensità di emissione proteggendo un piccolo nucleo emettitore con uno strato esterno particolarmente spesso. Però, queste strutture a guscio spesso mostrano ancora forti fluttuazioni negli spettri di emissione.
In una nuova pubblicazione sulla rivista Materiali della natura , I ricercatori di Los Alamos hanno dimostrato che le fluttuazioni spettrali nell'emissione di un singolo punto possono essere quasi completamente soppresse applicando un nuovo metodo di "ingegneria della deformazione". La chiave di questo approccio è combinare in un motivo core/shell due semiconduttori con disadattamento reticolare asimmetrico direzionalmente, che si traduce in una compressione anisotropa del nucleo emittente.
Questo modifica le strutture degli stati elettronici di un punto quantico e quindi le sue proprietà di emissione di luce. Un'implicazione di questi cambiamenti è la realizzazione del regime di neutralità di carica locale dello stato "eccitone" emettitore, che riduce notevolmente il suo accoppiamento alle vibrazioni del reticolo e all'ambiente elettrostatico fluttuante, chiave per sopprimere le fluttuazioni nello spettro emesso. Un ulteriore vantaggio delle strutture elettroniche modificate è il drastico restringimento della larghezza di riga di emissione, che diventa minore dell'energia termica a temperatura ambiente.
