Des chercheurs du MIPT et du RAS Institute of Problems of Chemical Physics ont proposé un moyen simple et pratique d'obtenir des points quantiques de taille arbitraire requis pour les expériences physiques via le vieillissement chimique. L'étude a été publiée dans Les matériaux aujourd'hui Chimie .

Les points quantiques colloïdaux sont des cristaux nanométriques dont la taille détermine la fréquence à laquelle ils émettent et absorbent le rayonnement électromagnétique. Ils sont utilisés dans les cellules solaires, Postes de télévision, systèmes d'alarme incendie et plus encore.

Le laboratoire MIPT de photonique des nanostructures quantiques mène des recherches à l'aide de boîtes quantiques de sulfure de plomb. L'approche conventionnelle de leur synthèse, connu sous le nom d'injection à chaud, consiste à mélanger deux soi-disant précurseurs, composés contenant du plomb et du soufre, dans des conditions particulières. Ce processus est contrôlé à l'aide de réactifs et d'équipements spéciaux pour créer des points quantiques de la taille souhaitée. Cependant, la synthèse est complexe, coûteux et ne donne pas des points de toutes les tailles requises.

"Si un physicien avait besoin de points quantiques mais n'avait pas d'équipement pour les fabriquer, ils dépensaient beaucoup d'argent pour commander des synthèses ou pour commander les produits de l'étranger par le biais d'un catalogue. Et vous ne pouviez pas acheter des points de taille arbitraire, " a déclaré Ivan Shuklov, directeur adjoint du laboratoire MIPT de photonique des nanostructures quantiques. "Nous avons donc cherché un moyen simple et abordable d'obtenir des points quantiques de sulfure de plomb qui ne nécessiteraient aucun équipement ou compétence spécialisé et produiraient des points de toute taille et donc précisément les propriétés nécessaires."

Expérimenter avec divers composés, les chercheurs ont découvert que le spectre des points quantiques changeait en présence d'un mélange d'acide oléique et d'oléylamine. La microscopie électronique a permis de voir de plus près ce qui se passait, montrant que le mélange des deux produits chimiques inverse réellement la synthèse standard, provoquant le retrait des atomes de soufre et de plomb dans la solution, réduire progressivement la taille des points. Plus important, la distribution de la taille des points est restée la même. En d'autres termes, vous obtenez essentiellement les mêmes points que vous aviez avant d'introduire le mélange, juste qu'ils deviennent plus petits et donc modifient leurs propriétés.

L'approche standard de la synthèse des points quantiques utilise également de l'acide oléique et de l'oléylamine, mais les produits chimiques sont utilisés à différentes étapes. C'est leur application simultanée et leur interaction mutuelle qui ont permis de contrôler le vieillissement des cristaux. C'est-à-dire, le changement prévisible à long terme des propriétés des cristaux au fil du temps.

"Nous avons proposé une solution qui permet à un expérimentateur qui a des points quantiques de 10 nanomètres de les réduire de manière prévisible à 8 nanomètres demain, à 6 nanomètres le lendemain, etc. Par conséquent, la fréquence d'absorption passera de 2 micromètres à 1,8 micromètres la première fois puis à 1,5 micromètres, " a expliqué Vladimir Razumov, le responsable du Laboratoire de photonique des nanostructures quantiques du MIPT. "Essentiellement, à partir d'un lot de points quantiques colloïdaux génériques, vous pouvez produire ceux avec précisément la bonne taille et les bonnes propriétés pour vos besoins. Avec notre technique, un physicien sans équipement spécial autre que des tubes à essai peut convertir un échantillon de points quantiques en n'importe quelle taille. Il suffit d'attendre que les points "vieillissent" à la taille appropriée."