I mer än 30 år har forskare har skapat kvantpunkter - små, kristallint, nanoskala halvledare med anmärkningsvärda optiska och elektroniska egenskaper.

De har tillämpat dem för att förbättra tv -apparater, till exempel, för att kraftigt förbättra färgen. En mängd andra ansökningar drivs, med integrerade kretsar, solceller, datoranvändning, medicinsk bildbehandling, och bläckstråleskrivare, bland andra.

Men quantum dot syntes har skett till stor del genom försök och fel, eftersom lite har förståtts om hur kemikalierna som är involverade i att göra kvantprickar - några mycket giftiga - faktiskt interagerar för att bilda de resulterande nanopartiklarna.

Det kan vara på väg att förändras. I ett papper i Naturkommunikation , Todd Krauss, professor och ordförande för Institutionen för kemi vid University of Rochester, och doktorand Leah Frenette, huvudförfattaren, beskriva de bakomliggande mekanismerna som är involverade i bildandet av en utbredd klass av kvantprickar som använder kadmium- och selenföreningar som sina molekylära prekursorer.

Ironiskt, laget upptäckte att vid ett tillfälle under denna process, desto säkrare, mer kontrollerbara föreningar som nu används sönderdelas till samma mycket giftiga föreningar som användes vid initial kvantpunktproduktion för 30 år sedan.

"Vi har i huvudsak gått" tillbaka till framtiden "med vår upptäckt, "säger Krauss." Vad Leah upptäckte var, under kvantpunktssyntesreaktionen, de för närvarande använda föreningarna sönderdelas till de kemikalier vi har försökt undvika i decennier, som sedan reagerar för att bilda kvantprickarna. "

Resultaten, Krauss säger, utgör en "grundläggande upptäckt" som potentiellt kan:

1. Leda till att mycket av gissningarna i produktionen av kadmium/selen -kvantprickar har tagits bort som har lett till inkonsekvenser och irreproducerbarhet, hindrar industriella tillämpningar.
2. Varningsforskare och företag som arbetar med storskaliga kvantpunktssynteser att de mycket giftiga väteselenid- och kadmiumakylkomplexen (utan tvekan de farligaste kemikalierna i världen) fortfarande "lurar" som en del av syntesprocessen.
3. Hjälp till att förklara det kemiska beteendet hos fosfiner som används i ett brett spektrum av kvantprickreaktioner vid höga temperaturer.

Kvantprickar, som uppvisar egenskaper mellanliggande mellan halvledare och enstaka molekyler, är särskilt intressanta material eftersom de har egenskaper som är mycket "avstämbara". Till exempel, större kvantprickar avger längre våglängder, producerar röda och apelsiner. Mindre prickar avger kortare våglängder vilket resulterar i blues och greener, även om de specifika färgerna och storlekarna varierar beroende på den exakta sammansättningen av kvantpunkten.

"Du ändrar temperaturen, du ändrar föregångarens koncentrationer, du ändrar kolvens volym, du byter lösningsmedel, och så småningom hittar du rätt kombination av faktorer som ger dig partiklar (punkter) av hög kvalitet, "Säger Krauss.

Han liknar nuvarande syntetiska tillvägagångssätt med en ljudfil som justerar diskant- och basknapparna på ett ljudsystem, utan någon djup förståelse för sinusvågor.

"Det fungerar. Men någon gång känner vi att du måste ta reda på exakt hur prickarna görs, och det är det som kommer att leda till framtida genombrott för att göra dem betydligt bättre, "Säger Krauss.