Forskare från MIPT och RAS Institute of Problems of Chemical Physics har föreslagit ett enkelt och bekvämt sätt att erhålla godtyckliga kvantprickar som krävs för fysiska experiment via kemisk åldring. Studien publicerades i Material idag Kemi .

Kolloidala kvantprickar är kristaller i nanostorlek vars storlek bestämmer frekvensen med vilken de avger och absorberar elektromagnetisk strålning. De används i solceller, TV-apparater, brandlarmsystem med mera.

MIPT Laboratory for Photonics of Quantum Nanostructures bedriver forskning med blysulfidkvantprickar. Den konventionella metoden för deras syntes, känd som het injektion, innebär att man blandar två så kallade prekursorer – föreningar som innehåller bly och svavel – under särskilda förhållanden. Denna process kontrolleras med hjälp av speciella reagenser och utrustning för att skapa kvantprickar av önskad storlek. Dock, syntesen är komplex, kostsamt och ger inte prickar av alla erforderliga storlekar.

"Om en fysiker behövde några kvantprickar men inte hade någon utrustning för att tillverka dem, de brukade spendera ganska mycket pengar för att beställa syntes eller beställa produkter från utlandet genom en katalog. Och du kunde inte köpa prickar av godtycklig storlek, sade Ivan Shuklov, biträdande chef för MIPT Laboratory for Photonics of Quantum Nanostructures. "Så vi sökte efter ett enkelt och prisvärt sätt att få kvantprickar av blysulfid som inte skulle kräva någon speciell utrustning eller färdigheter och som skulle producera prickar av vilken storlek som helst och därför exakt de egenskaper som behövs."

Experimentera med olika föreningar, forskarna fann att kvantpunktsspektrumet förändrades i närvaro av en blandning av oljesyra och oleylamin. Elektronmikroskopi gav en närmare titt på vad som pågick, visar den blandningen av de två kemikalierna för att faktiskt vända standardsyntesen, får svavel- och blyatomer att dra sig tillbaka till lösningen, gradvis minska prickstorleken. Mer viktigt, prickstorleksfördelningen förblev densamma. Med andra ord, du får i princip samma prickar som du hade innan du introducerade blandningen, bara att de blir mindre och därför förändrar sina egenskaper.

Standardmetoden för att syntetisera kvantprickar använder också oljesyra och oleylamin, men kemikalierna används i olika skeden. Det är deras samtidiga tillämpning och ömsesidiga interaktion som visade sig möjliggöra kontrollerat kristallåldring. Det är, den förutsägbara långsiktiga förändringen av kristallegenskaper över tiden.

"Vi har föreslagit en lösning som gör det möjligt för en experimentator som har 10 nanometer kvantprickar att förutsägbart minska dem till 8 nanometer i morgon, till 6 nanometer dagen efter det, och så vidare. Följaktligen, absorptionsfrekvensen kommer att ändras från 2 mikrometer till 1,8 mikrometer första gången och sedan till 1,5 mikrometer, " förklarade Vladimir Razumov, chefen för Laboratory for Photonics of Quantum Nanostructures vid MIPT. "I grund och botten, från en sats generiska kolloidala kvantprickar, du kan producera sådana med exakt rätt storlek och egenskaper för dina behov. Med vår teknik, en fysiker utan någon speciell utrustning förutom några provrör kan omvandla ett prov av kvantprickar till valfri storlek. Allt som krävs är att vänta på att prickarna ska "åldras" till lämplig storlek."