عمر نقاط کوانتومی غول پیکر ۵۰۰ برابر شد
به گزارش دیجیتالر، پژوهشگران با افزایش ۵۰۰ برابری طول عمر نقاط کوانتومی غول پیکر ساطع کننده نور که می توانند در تصویربرداری پزشکی و فیزیک نور کمک کننده باشند، رکوردشکنی کردند.
به گزارش دیجیتالر به نقل از ایسنا و به نقل از آی ای، پژوهشگران متد جدیدی را برای ایجاد نقاط کوانتومی غول پیکر ساطع کننده نور کشف کرده اند که بر مبنای آن یک ماده نانوبلور فوتونی می تواند 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 می شوند(ترکیب و بالغ می شوند) و هنگامی که منبع نور به سمت آنها هدف گرفته می شود، فلورسانس(بازتابنده) می شوند و برای مدتی طولانی نور تابش می کنند. این در شرایطی است که نقاط کوانتومی غول پیکر به صورت مداوم نور ساطع می کنند.
نقاط کوانتومی(QDs) نیمه هادی های کوچک و با اندازه زیر ۱۰ نانومتر هستند و دارای خواص الکترونیکی هستند که به علت مکانیک کوانتومی با ذرات بزرگ تر تفاوت دارند. آنها یک مبحث تمرکز اصلی برای فناوری نانو هستند. هنگامی که نقاط کوانتومی توسط نور فرابنفش روشن می شوند، یک الکترون در نقطه کوانتومی می تواند در حالت انرژی بالاتر برانگیخته شود. این فرایند در ارتباط با انتقال یک الکترون از باند ظرفیت به باند رسانش است. الکترون برانگیخته می تواند به نوار ظرفیت بازگردد و انرژی خویش را با انتشار نور آزاد کند که رنگ آن نور به اختلاف انرژی بین باند رسانش و باند ظرفیت بستگی دارد.
نقاط کوانتومی بعضی اوقات به اتم های غیر مصنوعی گفته می شود و بر تکین بودن آنها، داشتن حالت های الکترونیکی محدود مانند مواد اتمی یا مولکول های طبیعی تاکید می شود. نشان داده شده است که موج الکترونیکی توابع کوانتومی با اتم های واقعی شباهت دارد و با اتصال دو یا چند نقطه کوانتومی میتوان یک مولکول مصنوعی ساخت.
خصوصیت های انتخابی نقاط کوانتومی بعنوان تابعی از اندازه و شکل تغییر می کند. نقاط کوانتومی بزرگتر با قطر پنج تا شش نانومتر از طول موج های طولانی تر با رنگ هایی مانند نارنجی یا قرمز ساطع می کنند و نقاط کوانتومی کوچکتر از طول موج کوتاه تر ساطع می شوند و رنگ هایی مانند آبی و سبز دارند. با این وجود، رنگ های خاص بسته به ترکیب دقیق نقاط کوانتومی متفاوت می باشد.
کاربردهای بالقوه نقاط کوانتومی شامل ترانزیستورهای تک الکترونی، سلول های خورشیدی، ال ای دی، لیزرها، منابع تک فوتونی، نسل دوم هارمونیک، محاسبات کوانتومی و تصویربرداری پزشکی است. اندازه کوچک آنها اجازه می دهد تا برخی نقاط کوانتومی در محلول به حالت تعلیق درآیند که امکان دارد منجر به استفاده در چاپ جوهر افشان شود. این روشهای فنی پردازش به هزینه های کم تر و وقت گیر ساخت نیمه هادی منجر می شود.
رسیدن به نقطه عطفی جدید
حالا پژوهشگران دانشگاه شیکاگو به نقطه عطف جدیدی در توسعه نقاط کوانتومی دست یافته اند. آنها نقاط کوانتومی غول پیکر را سنتز کرده اند که بعد از فلورسانس، نور را به مدت ۵۰۰ نانوثانیه ساطع می کنند و رکورد قدیمی چنین نانوموادی را بشکنند.
این گروه شامل پژوهشگرانی از دانشگاه پرینستون و دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا و همینطور افرادی است که در لابراتوار اصلی دانشگاه شیکاگو مستقر هستند.
کشف یک خصوصیت جدید
این گروه پژوهشی، خصوصیت و ساختار جدیدی را نشان داد که می تواند الکترون ها را به صورت فضایی محلی سازی کند. این ساختار جدید به الکترون ها اجازه می دهد تا روی حفره های درون یک هسته یا ساختار ناهمسان پوسته تمرکز کنند. این کار با تنظیم بار الکترون روی انرژی جنبشی سطح انرژی بالقوه سهموی صورت می گیرد.
گزارش گروه پژوهش
پرستون اسنی، دانشیار شیمی در دانشگاه کالیفرنیا و نویسنده ارشد این مقاله می گوید، این جداسازی حامل بار (الکترون) در طول عمر تک نانوذره پیوسته خاصیت تابشی ماندگار و بادوام بوجود می آورد.
وی در اطلاعیه ای اضافه کرد: این خصوصیت ها کاربردهای جدیدی را برای فیزیک نور و نورشناسی ممکن می سازد و نگاههای جدیدی مانند تصویربرداری تک ذره ای با دریچه زمانی را تسهیل می کند و همینطور راه هایی برای توسعه سایر مواد پیشرفته جدید بوجود می آورد.
نقاط کوانتومی تحریک شده اند
پژوهشگران توانستند نقاط کوانتومی را با قرار دادن آنها در یک پرتوی نور در حالت تحریک قرار دهند که منجر به حالت اکسایتون(exciton) شد. حالت اکسایتون یک جفت الکترون یا حفره است. با نقاط کوانتومی غول پیکر، الکترون در پوسته الکترونی دور از مرکز یا هسته جابجا می شود. الکترون در این حالت به دام می افتد و بیشتر از ۵۰۰ نانوثانیه نور ساطع می کند که رکورد جدیدی برای این فرایند است.
تصویربرداری بیولوژیکی از چنین نانوذراتی هدف این گروه پژوهشی است. کاربردهای اساسی دیگری از چنین نانومواد نیمه هادی تابشی وجود دارد که حتی بعنوان تأمین کننده نور در لیزرهای میکرونی می تواند بسیار گسترده باشد.
کمک این خصوصیت جدید به مطالعات بیولوژیکی
پژوهشگران در این مقاله نوشته اند: نقاط کوانتومی بعنوان مواد گسیل کننده، نوید ایجاد نمایشگرهای کارآمدتر را می دهند و به علت خواص نوری بسیار قوی شان می توانند بعنوان کاوشگرهای فلورسنت برای پژوهش های زیست پزشکی استفاده شوند. آنها ۱۰ تا ۱۰۰ برابر بیشتر از رنگ های ارگانیک جاذب هستند و تقریبا در مقابل نوررنگ بری(photobleaching) تاثیرناپذیر هستند، بنابراین است که در تلویزیون های جدید QLED استفاده می شوند.
آینده نقاط کوانتومی
پژوهشگران می گویند که نقاط کوانتومی غول پیکر می توانند در اکتشافات بیولوژیکی به رکنی بنیادی تبدیل شوند، چون که آنها بعضی از فرآیندهای نوری خاص را مانند انتشار طول موج های سرخ با پراکندگی کم و داشتن تداخل کمتر پس زمینه حاصل از نویز دنبال می کنند.
پژوهشها روی این نقاط کوانتومی غول پیکر می تواند به علت خصوصیت های نور افشانی مداوم آنها ادامه یابد. برای مثال، هر دانشمندی که درحال مطالعه سرطان است، می تواند پروتئین های مربوطه را برچسب گذاری کند. سپس آن پروتئین ها را میتوان در طول عمر سلول بدون از دست دادن دینامیک بیولوژیکی دنبال کرد. چیزی که امروزه یک مشکل رایج در مطالعه فلورسانس است.
این پژوهش در مجله Nano Letters انتشار یافته است.
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب