عمر نقطه کوانتومی غول پیکر ۵۰۰ برابر شد



پژوهشگران با افزایش ۵۰۰ برابری طول عمر نقاط کوانتومی غول پیکر ساطع کننده نور که می‌توانند در تصویربرداری پزشکی و فیزیک نور کمک کننده باشند، ثبت کنند.

به گزارش ایسنا و به نقل از آی‌ای، روش پژوهشگران را برای ایجاد نقاط کوانتومی غول پیکر ساطع کننده نور کشف کرده است که بر اساس آن یک ماده نانوبلور فوتونی می‌تواند سنتز شود و در تصویربرداری پزشکی و نورشناسی مورد استفاده قرار گیرد.

نقطه کوانتومی چیست؟

نقاط کوانتومی، نانوبلورهای نیمه هادی کلوئیدی هستند که به اندازه یک الکترون هستند. آنها در یک محلول سنتز می‌شوند و زمانی که نور به سمت آنها می‌شود، فلورسانس (بازتابنده) می‌شوند و برای مدتی طولانی نور تابش می‌کنند. این در حالی است که نقاط کوانتومی غول پیکر به طور مداوم نور ساطع می‌شوند.

نقاط کوانتومی (QDs) نیمه هادی‌های کوچک و با اندازه زیر ۱۰ نانومتر هستند و دارای خواص الکترونیکی هستند که به دلیل مکانیک کوانتومی با ذرات بزرگ‌تر تفاوت دارند. یک موضوع اصلی برای فناوری نانو هستند. زمانی که نقطه کوانتومی توسط نور فرابنفش روشن می‌شود، یک الکترون در نقطه کوانتومی می‌تواند در حالت انرژی بالاتر برانگیخته شود. این فرآیند مربوط به انتقال یک الکترون از باند ظرفیت به باند رسانش است. اللهترون برتهتهتهههههههههههههههههههههههههههههههههههههههد وهرهههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههههه را

نقاط کوانتومی گاهی اوقات به اتم‌های غیر مصنوعی گفته می‌شود و بر تکین بودن آنها، داشتن حالت‌های الکترونیکی محدود مانند مواد اتمی یا مولکول‌های طبیعی طبیعی می‌شود. نشان داده شده است که موج الکترونیکی توابع کوانتومی با اطلاعات واقعی شباهت دارد و با دو یا چند نقطه کوانتومی می‌توان یک مولکول مصنوعی ساخت.

ویژگی های انتخابی نقاط کوانتومی به عنوان تابعی از اندازه و تغییر شکل می کند. نقاط کوانتومی بزرگتر با قطر پنج تا شش نانومتر از طول‌های بلندتر با رنگ‌هایی مانند نارنجی یا ساطع می‌شوند و نقاط کوچکتر از طول کوتاه‌تر ساطع می‌شوند و رنگ‌هایی مانند آبی و سبز دارند. با این حال، رنگ‌های خاص بسته به ویژگی‌های مهم کوانتومی متفاوت است.

کاربردهای بالقوه نقاط کوانتومی شامل ترانزیستورهای تک الکترونی، سلول‌های خورشیدی، الایدی، لیزرها، منابع تک فوتونی، نسل دوم هارمونیک، محاسبات کوانتومی و تصویربرداری پزشکی است. می‌توان تا برخی از نقاط کوانتومی را در محلول به حالت تعلیق درآیند که ممکن است در چاپ جوهر افشان شود. این تکنیک های پردازش به هزینه های کم تر و وقت گیر ساخت نیمه هادی می شود.

رسیدن به نقطه عطفی جدید

اکنون پژوهشگران دانشگاه شیکاگو به نقطه عطف در توسعه نقاط کوانتومی دست یافته‌اند. آنها نقاط کوانتومی غولپیکر را سنتز کرده اند که پس از فلورسانس، نور را به مدت 500 نانوثانیه ساطع می‌کنند و رکورد قدیمی چنین نانوموادی را بشکنند.

این گروه شامل پژوهشگران دانشگاه پرینستون و دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا و همچنین دانشگاهی است که در آزمایشگاه اصلی شیکاگو مستقر هستند.

کشف یک ویژگی جدید

این گروه پژوهشی، ویژگی و ساختار اقتصادی را نشان داد که می‌توان الکترون‌ها را به صورت فضایی محلی‌سازی کرد. این ساختار جدید به الکترون‌ها اجازه می‌دهد تا روی حفره‌های درون یک هسته یا ساختار ناهمسان پوسته تمرکز کنند. این کار با تنظیم بار الکترون روی انرژی حرکتی سطح انرژی بالقوه سهموی انجام می‌شود.

گزارش گروه پژوهش

پرستون اسنی، دانشیار شیمی در دانشگاه کالیفرنیا و نویسنده ارشد این مقاله می‌گوید، این جداسازی حامل بار (الکترون) در طول عمر تک نانوذره پیوسته خاصیت تابشی ماندگار و بادوام ایجاد می‌کند.

وی در بیانیه‌های افزوده: این ویژگی‌ها کاربردهای قدیمی را برای فیزیک نور و نورشناسی ممکن می‌سازد و نمونه‌های نمونه تصویربرداری تک ذره‌ای با دریچه زمانی را می‌کند و همچنین راه‌هایی برای توسعه سایر مواد پیشرفته جدید ایجاد می‌کند.

نقاط کوانتومی حرکت شده‌اند

پژوهشگران تعیین نقاط کوانتومی را با قرار دادن آنها در یک پرتوی نور در حالت حرکت قرار می دهند که به حالت اکسایتون(exciton) تبدیل می شود. حالت اکسایتون یک جفت الکترون یا حفره است. با نقاط کوانتومی غول پیکر، الکترون در پوسته الکترونی دور از مرکز یا هسته جابجا می‌شود. الکترون در این حالت به دام می‌افتد و بیش از 500 نانوثانیه نور ساطع می‌کند که برای این روند می‌شود.

تصویربرداری بیولوژیکی از چنین نانوذراتی هدف این گروه پژوهشی است. کاربردهای اساسی دیگر از چنین نانومواد نیمه هادی تابشی وجود دارد که حتی به عنوان تامین کننده نور در لیزرهای میکرونی می‌تواند بسیار قوی باشد.

کمک این ویژگی جدید به مطالعات بیولوژیکی

پژوهشگران در این مقاله: نقاط کوانتومی به عنوان مواد گسیل‌کننده، نوید ایجاد نمایشگرهای کارآمدتر را می‌دهند و به دلیل ویژگی‌های نوری بسیار قوی می‌توانند به عنوان کاوشگرهای فلورسنت برای پژوهش‌های زیست‌پزشکی تبدیل شوند. آنها ۱۰ تا ۱۰۰ برابر بیشتر از رنگ‌های ارگانیک جاذب هستند و تقریباً در برابر نوررنگ‌بری (photobleaching) تأثیرناپذیر هستند، به همین دلیل است که در تلویزیون‌های جدید QLED استفاده می‌شود.

نقاط آینده کوانتومی

می‌گویند که نقاط کوانتومی غول‌پیکر می‌توانند در اکتشافات بیولوژیکی به رکنی بنیادی تبدیل شوند، چرا که برخی از تحقیقات نوری خاص را مانند طول موج‌های سرخ با پراکندگی کم و داشتن تداخل کمتر پس‌زمینه از نویز دنبال می‌کنند.

پژوهش‌ها روی این نقاط کوانتومی غول پیکر می‌توانند به ویژگی‌های نور افشانی ادامه دهند. برای مثال، هر دانشمندی که در مطالعه سرطان است، می‌تواند برچسب‌های مربوط به آن را کند. سپس آن‌ها را می‌توان در طول عمر سلول بدون دست دادن دینامیک بیولوژیکی دنبال کرد. چیزی که یک مشکل رایج در مطالعه فلورسانس است.

این پژوهش در مجله Nano Letters منتشر شده است.

انتهای پیام



منبع