Så kallade quantum dots är en ny klass av material med många användningsområden. Kvantprickar realiseras av små halvledarkristaller med dimensioner i nanometerområdet. De optiska och elektriska egenskaperna kan styras genom storleken på dessa kristaller. Som QLED, de finns redan på marknaden i de senaste generationerna av platt-TV-skärmar, där de säkerställer särskilt lysande och högupplöst färgåtergivning. Dock, kvantprickar används inte bara som färgämnen, de används också i solceller eller som halvledarenheter, ända upp till beräkningsbyggstenar, qubitarna, av en kvantdator.

Nu, ett team ledd av Dr Annika Bande vid HZB har utökat förståelsen av samspelet mellan flera kvantprickar med en atomistisk syn i en teoretisk publikation.

Annika Bande leder gruppen "Theory of Electron Dynamics and Spectroscopy" vid HZB och är särskilt intresserad av ursprunget till kvantfysiska fenomen. Även om kvantprickar är extremt små nanokristaller, de består av tusentals atomer med, i tur och ordning, multiplar av elektroner. Även med superdatorer, den elektroniska strukturen hos en sådan halvledarkristall kunde knappast beräknas, betonar den teoretiska kemisten, som nyligen avslutade sin habilitering vid Freie Universität. "Men vi utvecklar metoder som beskriver problemet ungefär, " förklarar Bande. "I det här fallet, vi arbetade med nedskalade kvantprickversioner av endast cirka hundra atomer, som ändå har de karakteristiska egenskaperna hos riktiga nanokristaller."

Med detta tillvägagångssätt, efter ett och ett halvt år av utveckling och i samarbete med prof. Jean Christophe Tremblay från CNRS-Université de Lorraine i Metz, vi lyckades simulera interaktionen mellan två kvantpunkter, var och en gjord av hundratals atomer, som utbyter energi med varandra. Specifikt, vi har undersökt hur dessa två kvantprickar kan absorbera, utbyta och permanent lagra energin som styrs av ljus. En första ljuspuls används för excitation, medan den andra ljuspulsen inducerar lagringen.

Totalt, vi undersökte tre olika par kvantprickar för att fånga effekten av storlek och geometri. Vi beräknade den elektroniska strukturen med högsta precision och simulerade den elektroniska rörelsen i realtid vid femtosekundsupplösning (10 ^-15 s).

Resultaten är också mycket användbara för experimentell forskning och utveckling inom många användningsområden, till exempel för utveckling av qubits eller för att stödja fotokatalys, att producera grön vätgas genom solljus. "Vi arbetar ständigt med att utöka våra modeller mot ännu mer realistiska beskrivningar av kvantprickar, säger Bande, "t.ex. för att fånga påverkan av temperatur och miljö."