Les nouveaux points quantiques colloïdaux sont formés d'un noyau émetteur de cadmium/sélénium (Cd/Se) enfermé dans une enveloppe CdxZn1-xSe à composition graduée dans laquelle la fraction de zinc par rapport au cadmium augmente vers la périphérie du point. En raison d'un décalage de réseau directionnellement asymétrique entre le CdSe et le ZnSe, le noyau, en haut à droite, est comprimé plus fortement perpendiculairement à l'axe du cristal que le long de celui-ci. Ceci conduit à des modifications de la structure électronique du coeur CdSe, ce qui affecte avantageusement ses propriétés d'émission de lumière. Image du bas :traces expérimentales de l'intensité d'émission d'une boîte quantique conventionnelle (panneau supérieur) et d'une nouvelle boîte quantique compressée de manière asymétrique (panneau inférieur) résolues spectralement et temporellement. L'émission de la boîte quantique conventionnelle montre de fortes fluctuations spectrales ("sauts spectraux" et "diffusion spectrale"). L'émission des points quantiques compressés de manière asymétrique est très stable dans les domaines d'intensité et spectraux. En outre, il montre une largeur de ligne beaucoup plus étroite, qui est inférieure à l'énergie thermique à température ambiante (25 meV). Crédit :Laboratoire national de Los Alamos
« écraser » intentionnellement les points quantiques colloïdaux pendant la synthèse chimique crée des points capables d'être stables, émission lumineuse "sans clignotement" tout à fait comparable à la lumière produite par des points réalisés avec des procédés plus complexes. Les points écrasés émettent une lumière spectralement étroite avec une intensité très stable et une énergie d'émission non fluctuante. De nouvelles recherches au Laboratoire national de Los Alamos suggèrent que les points quantiques colloïdaux tendus représentent une alternative viable aux sources lumineuses à l'échelle nanométrique actuellement utilisées, et ils méritent d'être explorés en tant que particule unique, sources lumineuses nanométriques pour circuits optiques « quantiques », capteurs ultrasensibles, et diagnostics médicaux.
"En plus d'afficher des performances considérablement améliorées par rapport aux points quantiques produits traditionnels, ces nouveaux points tendus pourraient offrir une flexibilité sans précédent dans la manipulation de leur couleur d'émission, en combinaison avec le inhabituellement étroit, largeur de ligne « subthermique », " dit Victor Klimov, chercheur principal de Los Alamos sur le projet. "Les points écrasés montrent également une compatibilité avec pratiquement n'importe quel substrat ou milieu d'enrobage ainsi qu'avec divers environnements chimiques et biologiques."
Les nouvelles techniques de traitement colloïdal permettent de préparer des émetteurs de points quantiques pratiquement idéaux avec des rendements quantiques d'émission de près de 100 % indiqués pour une large gamme de signaux visibles, longueurs d'onde infrarouges et ultraviolets. Ces avancées ont été exploitées dans diverses technologies d'émission de lumière, résultant en une commercialisation réussie des écrans à points quantiques et des téléviseurs.
La prochaine frontière est l'exploration des points quantiques colloïdaux en tant que particule unique, sources lumineuses à l'échelle nanométrique. De telles futures technologies « à point unique » nécessiteraient des particules hautement stables, caractéristiques spectrales non fluctuantes. Récemment, il y a eu des progrès considérables dans l'élimination des variations aléatoires de l'intensité d'émission en protégeant un petit noyau émetteur avec une couche externe particulièrement épaisse. Cependant, ces structures à coque épaisse présentent encore de fortes fluctuations dans les spectres d'émission.
Dans une nouvelle publication dans la revue Matériaux naturels , Les chercheurs de Los Alamos ont démontré que les fluctuations spectrales de l'émission à un seul point peuvent être presque complètement supprimées en appliquant une nouvelle méthode d'« ingénierie des contraintes ». La clé de cette approche est de combiner dans un motif cœur/coque deux semi-conducteurs avec un décalage de réseau asymétrique directionnel, ce qui se traduit par une compression anisotrope du coeur émetteur.
Cela modifie les structures des états électroniques d'une boîte quantique et par conséquent ses propriétés d'émission de lumière. Une implication de ces changements est la réalisation du régime de neutralité de charge locale de l'état "exciton" émetteur, ce qui réduit considérablement son couplage aux vibrations du réseau et à l'environnement électrostatique fluctuant, clé pour supprimer les fluctuations dans le spectre émis. Un avantage supplémentaire des structures électroniques modifiées est le rétrécissement spectaculaire de la largeur de raie d'émission, qui devient inférieure à l'énergie thermique à température ambiante.
