Oikean kokoisia kvanttipisteitä

Kvanttipisteillä on valtavat mahdollisuudet sovelluksissa, joissa hyödynnetään niiden kykyä absorboida tai säteillä valoa ja/tai sähkövarauksia. Esimerkkeinä vaikkapa värikkäämmät valodiodit, aurinkokennot sekä nanomittakaavan transistorit ja biosensorit.

Mutta koska näillä sovelluksilla on erilaiset - joskus vastakkaiset - vaatimukset, niiden onnistuminen vaatii löytää tapoja hallita pisteiden optisia ja sähköisiä ominaisuuksia.

Brookhaven National Laboratoryn, Stony Brook Universityn ja Syracuse Universityn tutkijat osoittavat, että kvanttipisteen ytimen pienentäminen voi parantaa ympäröivän polymeerin kykyä poimia sähkövarauksia, joita syntyy pisteen absorboidessa valoa.

Polymeeripohjaisten aurinkokennojen tehokkuutta parannetaan kvanttipisteiden avulla mutta millainen kvanttipiste olisi tehokkain? Teoriassa tiedettiin, että kvanttipisteiden koolla olisi vaikutusta varauksensiirtoon polymeerin kanssa.

Asian tutkiminen vaatii yksittäisten hiukkasten tutkimista ja sitä selvitettiin kvanttipisteillä, jotka koostuivat valoa imevästä kadmium-seleeni ytimestä, joka oli suljettu sinkki-rikkivety suojakuoreen ja päällystetty johtavalla polymeerillä.

Havaittiin, että mitä pienempi halkaisija kvanttipisteen ytimellä oli, sitä tehokkaammin ja vähemmin nopeusvaihteluin varaus siirtyi. Erityisesti positiivisten aukkovarausten liike toi mukanaan lisäedun eli se pitää kvanttipisteen pidempään optisesti aktiivisena. Se on eduksi aurinkosähköprosessille, koska varauksia voidaan uuttaa vain kun kvanttipiste on "päällä" -tilassa.

Tällaista ilmiötä olisi mahdotonta havaita massanäytteissä, koska siinä ei voi nähdä yksittäisten kvanttipisteiden "päällä" ja "pois" -tiloja. Kun kvanttipisteitä on paljon, signaalit tasaantuvat keskiarvoiksi.

Tutkijaryhmä oli aiemmin tehnyt vastaavan tutkimuksen parittamalla kvanttipisteitä hiilien pallofullereeneilla. Tässä tutkimuksessa he löysivät päinvastainen vaikutuksen: Fullereenit lyhensivät pisteiden "päällä"-aikaa vaikka samalla paransi elektronien siirtoa.

Muissa sovelluksissa joissa yhdistetään kvanttipisteitä ja polymeerejä, kuten ledeissä tai biosensoreissa, tutkijat etsivät keinoja tukahduttaa varauksensiirtoa koska tämä prosessi on niissä haitallinen.