kvanteprikk

Kvanteprikker oppløst i en væske
Kolloidale nanokrystaller laget av et halvledende materiale, såkalte kvanteprikker, blir på bildet bestrålt av ultrafiolett lys mens de befinner seg i en væske. Båndgapet til elektronene i disse kvanteprikkene bestemmes av størrelsen til kvanteprikkene, hvilket gjør at lyset de sender ut under bestråling av ultrafiolett lys varierer.
Kvanteprikker oppløst i en væske
Av .
Lisens: CC BY 3.0

Kvanteprikker er kunstig fremstilte halvleder-partikler med svært liten utstrekning, i størrelsesorden nanometer. Noe av det som gir kvanteprikker interessante egenskaper er at man kan manipulere antall elektroner som befinner seg i dem.

Elektronene som befinner seg i kvanteprikker fremviser svært annerledes egenskaper, både optisk og elektronisk, enn elektronene i vanlige materialer. På grunn av dette foregår det mye forskning på hvordan kvanteprikker kan benyttes innenfor en rekke anvendelser som kvantedatamaskiner, LED-teknologi, og som fotodetektorer.

I 2023 ble Nobelprisen i kjemi tildelt Moungi G. Bawendi, Louis E. Brus og Alexei I. Ekimov, for å ha oppdaget og syntetisert kvanteprikker.

Beskrivelse

Kvanteprikker fremstilles vanligvis fra halvledende materialer. En svært liten del av det halvledende materialet avgrenses eksperimentelt til en utstrekning på noen få nanometer i hver retning. På samme måte som en tynn film kan sees som et todimensjonalt objekt (et plan) og en ledning (nanotråd) kan sees som et endimensjonalt objekt, kan man tenke på en kvanteprikk som et nulldimensjonalt objekt (et punkt).

På grunn av den begrensede utstrekningen vil de mulige tilstandene som elektroner kan befinne seg i, fremvise en stor separasjon i energi. Det betyr at dersom et elektron befinner seg i den laveste energitilstanden til kvanteprikken, vil det kreves mye energi for å flytte elektronet til den nest laveste energitilstanden. Separasjonen i energi øker i takt med at størrelsen på kvanteprikken blir mindre.

Fremstilling

Kvanteprikker kan fremstilles kjemisk, da kalles de vanligvis nanopartikler. De kan også fremstilles via elektriske kretser ved å bruke teknikker som kolloidal syntese og litografi. I tilfeller hvor prikken lages ved hjelp av halvledende materialer og elektriske kretser, er det mulig å justere egenskapene til kvanteprikken etter at den er laget ved å påtrykke en elektrisk spenning. Spenningen kan blant annet brukes til å styre hvor avgrenset kvanteprikken er og hvor mange elektroner som befinner seg i prikken, helt ned til ett enkelt elektron.

Kunstige molekyler

Ved å la flere kvanteprikker vekselvirke med hverandre, er det mulig å fremstille en kunstig modell av et molekyl, hvor kvanteprikkene utgjør «atomene» i molekylet. I motsetning til faktiske molekyler, vil man nå kunne utøve en mye større grad av kontroll over egenskapene til molekylet, siden kvanteprikkene kan manipuleres på en veldefinert måte både optisk og elektrisk.

Historikk

Nøkkelen bak den praktiske nytten til kvanteprikker ligger i deres størrelse. Alexei Ekimov og Louis Brus lyktes i 1980-årene å demonstrere størrelsesavhengige kvantemekaniske effekter fremvist av nanopartikler: fargen de fremviste ble bestemt av hvor store de var.

I 1993 utviklet Moungi Bawendi en metode for å fremstille kvanteprikker med svært høy kvalitet, noe som muliggjorde teknologisk anvendelse.

For sine bidrag til utviklingen av kvanteprikker, delte Ekimov, Brus og Bawendi Nobelprisen i kjemi 2023.

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer

Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.

Du må være logget inn for å kommentere.

Fagansvarlig for Materialfysikk

Jacob Linder
Professor, NTNU – Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet