I ricercatori del MIPT e del RAS Institute of Problems of Chemical Physics hanno proposto un modo semplice e conveniente per ottenere punti quantici di dimensioni arbitrarie necessari per esperimenti fisici tramite invecchiamento chimico. Lo studio è stato pubblicato su Materiali oggi Chimica .

I punti quantici colloidali sono cristalli di dimensioni nanometriche la cui dimensione determina la frequenza alla quale emettono e assorbono la radiazione elettromagnetica. Sono utilizzati nelle celle solari, Televisori, sistemi di allarme antincendio e altro ancora.

Il Laboratorio MIPT per la fotonica delle nanostrutture quantistiche conduce ricerche utilizzando punti quantici di solfuro di piombo. L'approccio convenzionale alla loro sintesi, noto come iniezione a caldo, comporta la miscelazione di due cosiddetti precursori, composti contenenti piombo e zolfo, in condizioni particolari. Questo processo è controllato utilizzando reagenti e attrezzature speciali per creare punti quantici della dimensione desiderata. Però, la sintesi è complessa, costoso e non produce punti di tutte le dimensioni richieste.

"Se un fisico avesse bisogno di punti quantici ma non avesse l'attrezzatura per fabbricarli, spendevano parecchi soldi per commissionare sintesi o ordinare i prodotti dall'estero attraverso un catalogo. E non potresti comprare punti di dimensioni arbitrarie, " disse Ivan Shuklov, vice capo del Laboratorio MIPT per la Fotonica delle Nanostrutture Quantistiche. "Quindi abbiamo cercato un modo semplice e conveniente per ottenere punti quantici di solfuro di piombo che non richiedessero alcuna attrezzatura o abilità specializzata e producessero punti di qualsiasi dimensione e quindi esattamente le proprietà necessarie".

Sperimentando con vari composti, i ricercatori hanno scoperto che lo spettro del punto quantico cambia in presenza di una miscela di acido oleico e oleilammina. La microscopia elettronica ha permesso di osservare più da vicino cosa stava succedendo, mostrando che la miscela delle due sostanze chimiche inverte effettivamente la sintesi standard, inducendo gli atomi di zolfo e piombo a ritirarsi nella soluzione, riducendo gradualmente la dimensione del punto. Ma ancora più importante, la distribuzione della dimensione dei punti è rimasta la stessa. In altre parole, ottieni praticamente gli stessi punti che avevi prima di introdurre la miscela, solo che diventano più piccoli e quindi alterano le loro proprietà.

L'approccio standard alla sintesi dei punti quantici impiega anche acido oleico e oleilammina, ma le sostanze chimiche vengono utilizzate in fasi diverse. È la loro applicazione simultanea e l'interazione reciproca che si è rivelata consentire l'invecchiamento controllato dei cristalli. Questo è, il prevedibile cambiamento a lungo termine delle proprietà dei cristalli nel tempo.

"Abbiamo proposto una soluzione che consente a uno sperimentatore che dispone di punti quantici di 10 nanometri di ridurli prevedibilmente a 8 nanometri domani, a 6 nanometri il giorno dopo, e così via. Di conseguenza, la frequenza di assorbimento passerà da 2 micrometri a 1,8 micrometri la prima volta e poi a 1,5 micrometri, " ha spiegato Vladimir Razumov, il responsabile del Laboratorio di Fotonica delle Nanostrutture Quantistiche al MIPT. "Fondamentalmente, da un lotto di punti quantici colloidali generici, puoi produrre quelli con le dimensioni e le proprietà giuste per le tue esigenze. Con la nostra tecnica, un fisico senza attrezzature speciali diverse da alcune provette può convertire un campione di punti quantici in qualsiasi dimensione. Tutto ciò che serve è aspettare che i punti "invecchino" alla dimensione appropriata".