Квантова точка (Quantum Dot, QD)

Квантова точка — це нанокристал або наночастинка напівпровідника розміром приблизно від 2 до 20 нанометрів, який обмежує рух електронів і дірок у трьох просторових вимірах.

• Відтак електрони і дірки поводяться як у «штучному атомі» з дискретними (квантованими) енергетичними рівнями.
• Це означає, що енергетичні стани у квантовій точці — не безперервні, а дискретні, що дає унікальні оптичні та електронні властивості.

Фізична суть

• У звичайних напівпровідниках носії заряду (електрони, дірки) можуть вільно рухатися в тривимірному просторі.
• У квантовій точці рух обмежений у всіх трьох напрямках, тому носії заряду можуть займати тільки певні енергетичні стани.
• Розмір квантової точки порівнянний з довжиною де Бройля електрона — це призводить до квантового обмеження.

Властивості квантових точок

• Дискретний спектр енергетичних рівнів, як у атомів.
• Залежність оптичних властивостей від розміру: змінюючи розмір QD, можна налаштувати довжину хвилі поглинання і випромінювання.
• Висока квантова ефективність: ефективне поглинання і випромінювання світла.
• Стійкість до деформацій та температурних змін порівняно з іншими наноструктурами.

Виготовлення

• Хімічний синтез: колоїдні квантові точки (QD у розчинах).
• Епітаксійне зростання: самосамоспрямований метод (Stranski-Krastanov), наприклад, InAs на GaAs.
• Літографія і осадження: для точного позиціювання.

Застосування квантових точок

• Квантові лазери: як активне середовище для вузькоспектрального випромінювання.
• Біомедичні мітки: яскраві флуоресцентні наночастинки для візуалізації.
• Оптоелектроніка: світлодіоди, фотодетектори, сонячні елементи.
• Квантові обчислення: квантові біти (кубіти) на основі QD.

Унікальні квантові властивості дають можливість створювати надточні, ефективні і гнучкі у налаштуванні оптичні прилади — такі як лазери з низьким порогом генерації і високою стабільністю роботи.