Quantum dots tar snabbt centrum i framväxande applikationer och forskningsutvecklingar, från förbättrade LCD-TV och tunnfilmssolceller, till höghastighetsdataöverföring och fluorescerande märkning i biomedicinska tillämpningar.

Forskare studerar fortfarande hur man exakt kontrollerar tillväxten av dessa nanoskaliga partiklar och deras underliggande kvantbeteende. Till exempel, defekter bildas vid tillverkning av halvledarmaterial, så identiska prickar kan skilja sig i sammansättning från varandra.

För att lära dig mer om dessa defekter – och om de är en förbannelse eller en fördel – ett amerikanskt forskarlag, från University of Illinois och University of Washington, har, för första gången, demonstrerade avbildning av en elektroniskt exciterad kvantprick i flera orienteringar. De rapporterar sina resultat denna vecka i Journal of Chemical Physics .

"Att förstå hur förekomsten av defekter lokaliserar exciterade elektroniska tillstånd av kvantprickar kommer att hjälpa till att främja konstruktionen av dessa nanopartiklar, "sa Martin Gruebele från University of Illinois i Urbana-Champaign och medförfattare till tidningen.

Defekter anses ofta vara ett krångel, men i fallet med quantum dot-applikationer, de skapas avsiktligt genom att dopa valfritt antal material för att ge specifika funktioner. "[M] som utfärdar atomer i en kvantpunkt eller ersätter en annan typ av atom är defekter som kommer att förändra den elektroniska strukturen och ändra halvledningen, katalys eller andra nanopartikelegenskaper, "Sa Gruebele." Om vi ​​kan lära oss att karakterisera dem bättre och exakt styra hur de produceras, defekter kommer att bli önskvärda dopmedel istället för till olägenhet."

Under 2005, Gruebeles team skapade en ny bildteknik, kallad enkelmolekylabsorptionsskanningstunnelmikroskopi (SMA-STM), som kombinerar den höga rumsliga upplösningen för ett scanningstunnelmikroskop med spektralupplösningen för en laser. SMA-STM tillåter att individuella nanopartiklar avbildas i en laserstråle, så att deras upphetsade elektroniska struktur kan visualiseras.

Med hjälp av det tunna, skarp metalltrådsspets på scanningstunnelmikroskopet, de rullar den laserexciterade kvantpunkten på ytan till bildskivor i olika orienteringar. Skivorna kan kombineras för att rekonstruera en 3D-bild av en elektroniskt exciterad kvantpunkt.

Medan forskningen i den här artikeln var begränsad till kvantprickar av blysulfid och kadmiumselenid/zinksulfid, Tekniken kan potentiellt utökas till andra kompositioner. Vidare, SMA-STM kan också användas för att utforska andra nanostrukturer, såsom kolnanorör och fotokatalytiska metallkluster.

Forskare arbetar nu för att utveckla SMA-STM till en enpartikeltomografiteknik. Men, innan SMA-STM blir en "sann enpartikeltomografisk metod, " de måste fortfarande se till att skanningen och rullningen inte skadar nanopartikeln medan den omorienteras.

"Vi spekulerar i att i framtiden, det kan vara möjligt att göra enpartikeltomografi om skador på kvantprickar kan undvikas under upprepad manipulation, " sa Gruebele.

Enkelpartikeltomografi skulle ge en tydligare bild än konventionell tomografi genom att peka ut defekter i individuella nanopartiklar snarare än att återskapa en genomsnittlig 3-D-bild som kombinerar mätningarna av många partiklar.