Kvantne pike: tiskanje in druge aplikacije. Kvantne pike (Quantum dot LED) - nova tehnologija za proizvodnjo zaslonov

Da bi dobili splošno predstavo o lastnostih materialnih predmetov in zakonih, v skladu s katerimi "živi makrosvet", ki ga poznajo vsi, sploh ni treba diplomirati na visokošolski ustanovi, saj je vsak dan vsak soočeni z njihovimi manifestacijami. Čeprav se v zadnjem času vse pogosteje omenja načelo podobnosti, katerega zagovorniki trdijo, da sta si mikro in makro svet zelo podobna, pa vseeno obstaja razlika. To je še posebej opazno pri zelo majhnih telesih in predmetih. Kvantne pike, včasih imenovane nanopike, so le eden od teh primerov.

manj kot manj

Spomnimo se klasične strukture atoma, na primer vodika. Vključuje jedro, ki ima zaradi prisotnosti pozitivno nabitega protona v njem plus, to je +1 (ker je vodik prvi element v periodnem sistemu). V skladu s tem se elektron (-1) nahaja na določeni razdalji od jedra in tvori elektronsko lupino. Očitno je, da če povečate vrednost, bo to povzročilo dodajanje novih elektronov (spomnimo se: na splošno je atom električno nevtralen).

Razdalja med vsakim elektronom in jedrom je določena z nivoji energije negativno nabitih delcev. Vsaka orbita je konstantna, skupna konfiguracija delcev določa material. Elektroni lahko skačejo iz ene orbite v drugo, absorbirajo ali sproščajo energijo skozi fotone ene ali druge frekvence. Najbolj oddaljene orbite vsebujejo elektrone z največjo energijsko ravnijo. Zanimivo je, da ima foton sam dvojno naravo, saj je hkrati opredeljen kot brezmasni delec in elektromagnetno sevanje.

Sama beseda "foton" je grškega izvora, pomeni "delec svetlobe". Zato lahko trdimo, da ko elektron spremeni svojo orbito, absorbira (sprošča) kvant svetlobe. V tem primeru je primerno razložiti pomen druge besede - "kvant". Pravzaprav ni nič zapletenega. Beseda izvira iz latinskega "quantum", kar dobesedno prevaja kot najmanjša vrednost katere koli fizične količine (tukaj - sevanje). Naj s primerom razložimo, kaj je kvant: če bi bila pri merjenju teže najmanjša nedeljiva količina miligram, potem bi jo lahko tako imenovali. Tako je tako preprosto razložen na videz zapleten izraz.

Razložene kvantne pike

Pogosto v učbenikih lahko najdete naslednjo definicijo za nanotočko - to je izjemno majhen delec katerega koli materiala, katerega velikost je primerljiva z vrednostjo oddane valovne dolžine elektrona (celoten spekter pokriva mejo od 1 do 10). nanometrov). V njem je vrednost enega samega nosilca negativnega naboja manjša kot zunaj, zato je elektron omejen v gibanju.

Vendar pa je izraz "kvantne pike" mogoče razložiti drugače. Elektron, ki je absorbiral foton, se "vzpne" na višjo energijsko raven in na njegovem mestu nastane "pomanjkanje" - tako imenovana luknja. V skladu s tem, če ima elektron -1 naboj, potem ima luknja +1. Da bi se vrnil v prejšnje stabilno stanje, elektron odda foton. Povezava nosilcev naboja "-" in "+" se v tem primeru imenuje eksciton in se v fiziki razume kot delec. Njegova velikost je odvisna od stopnje absorbirane energije (višja orbita). Kvantne pike so ravno ti delci. Frekvenca energije, ki jo oddaja elektron, je neposredno odvisna od velikosti delcev danega materiala in ekscitona. Treba je opozoriti, da barvno zaznavanje svetlobe s človeškim očesom temelji na različnih

LED, LCD, OLED, 4K, UHD ... zdi se, da je zadnja stvar, ki jo televizijska industrija trenutno potrebuje, še ena tehnična kratica. Toda napredka ni mogoče ustaviti, spoznajte še nekaj črk - QD (ali Quantum Dot). Takoj ugotavljam, da ima izraz "kvantne pike" v fiziki širši pomen, kot se zahteva za televizorje. Toda v luči trenutne mode za vse nanofizično so tržniki velikih korporacij z veseljem začeli uporabljati ta težak znanstveni koncept. Zato sem se odločil ugotoviti, kakšne kvantne pike so in zakaj si bodo vsi želeli kupiti QD TV.

Najprej malo znanosti v poenostavljeni obliki. "Kvantna pika" je polprevodnik, katerega električne lastnosti so odvisne od njegove velikosti in oblike (wiki). Biti mora tako majhen, da so učinki kvantne velikosti izraziti. In te učinke uravnava velikost prav te točke, tj. od "dimenzion", če je ta beseda uporabna za tako majhne predmete, je energija oddanega, na primer fotona, odvisna - pravzaprav barva.

Quantum-Dot-TV LG, ki bo prvič prikazan na CES 2015

V še bolj potrošniškem smislu so to drobni delci, ki bodo, če jih osvetlimo, začeli žareti v določenem spektru. Če jih nanesete in "drgnete" na tanek film, nato osvetlite, bo film začel močno svetleti. Bistvo tehnologije je, da je velikost teh pik enostavno nadzorovati, kar pomeni doseči natančno barvo.

Barvni razpon televizorjev QD je po podatkih QD Vision 1,3-krat večji od običajnih televizorjev in v celoti pokriva NTSC

Pravzaprav ni tako pomembno, kakšno ime izberejo velike korporacije, glavno je, kaj naj da potrošniku. In tukaj je obljuba precej preprosta - izboljšana barvna reprodukcija. Če želite bolje razumeti, kako bodo to zagotovile "kvantne pike", se morate spomniti zasnove LCD zaslona.

Svetloba pod kristalom

LCD TV (LCD) je sestavljen iz treh glavnih delov: bele osvetlitve ozadja, barvnih filtrov (ločujejo sij na rdečo, modro in zeleno) in matrice s tekočimi kristali. Slednji je videti kot mreža drobnih oken - pikslov, ki pa so sestavljeni iz treh podpikslov (celic). Tekoči kristali, tako kot žaluzije, lahko blokirajo svetlobni tok ali, nasprotno, popolnoma odprejo, obstajajo tudi vmesna stanja.

PlasmaChem GmbH proizvaja "kvantne pike" v kilogramih in jih pakira v viale

Ko bela svetloba, ki jo oddajajo LED (LED, danes je že težko najti televizor s fluorescenčnimi sijalkami, kot je bilo še pred nekaj leti), na primer preide skozi piksel, v katerem so zelene in rdeče celice zaprte, potem vidimo modro. Stopnja "udeležbe" vsakega RGB piksla se spremeni in tako dobimo barvno sliko.

Velikost kvantnih pik in spekter, v katerem oddajajo svetlobo, glede na Nanosys

Kot si lahko predstavljate, sta za zagotovitev barvne kakovosti slike potrebni vsaj dve stvari: natančni barvni filtri in prava bela osvetlitev ozadja, po možnosti s širokim spektrom. Ravno pri slednjem imajo LED diode težave.

Prvič, dejansko niso bele, poleg tega imajo zelo ozek barvni spekter. To pomeni, da se beli barvni spekter doseže z dodatnimi premazi - obstaja več tehnologij, tako imenovane fosforjeve diode z dodatkom rumene se uporabljajo pogosteje kot druge. Toda tudi ta "kvazi bela" barva še vedno ne dosega idealne. Če ga spravite skozi prizmo (kot pri pouku fizike v šoli), se ne bo razgradila na vse barve mavrice enake jakosti, kot se to zgodi pri sončni svetlobi. Rdeča, na primer, bo videti veliko bolj zatemnjena kot zelena in modra.

Tako izgleda spekter tradicionalne LED osvetlitve. Kot lahko vidite, je modri ton veliko bolj intenziven, zelena in rdeča pa sta neenakomerno prekrita s filtri s tekočimi kristali (črte na grafu)

Inženirji seveda poskušajo popraviti situacijo in najti rešitve. V nastavitvah televizorja lahko na primer znižate zeleno in modro raven, vendar bo to vplivalo na splošno svetlost – slika bo postala bleda. Tako so vsi proizvajalci iskali vir bele svetlobe, katere razpad bi povzročil enoten spekter z barvami enake nasičenosti. Tu na pomoč priskočijo kvantne pike.

kvantne pike

Naj vas spomnim, da če govorimo o televizorjih, potem so "kvantne pike" mikroskopski kristali, ki svetijo, ko jih svetloba zadene. Lahko "gorijo" v veliko različnih barvah, vse je odvisno od velikosti pike. In glede na to, da so se zdaj znanstveniki naučili skoraj popolnoma nadzorovati njihovo velikost s spreminjanjem števila atomov, iz katerih so sestavljeni, lahko dobite sijaj točno tiste barve, ki jo potrebujete. Prav tako so kvantne pike zelo stabilne - ne spreminjajo se, kar pomeni, da bo pika, ustvarjena za luminiscenco z določenim odtenkom rdeče, skoraj vedno ohranila ta odtenek.

Takole izgleda LED spekter z uporabo QD filma (glede na QD Vision)

Inženirji so prišli na idejo, da bi tehnologijo uporabili na naslednji način: na tanek film se nanese premaz »kvantne pike«, ki je zasnovan tako, da sveti z določenim odtenkom rdeče in zelene. In LED je samo modra. In potem bo nekdo takoj uganil: "vse je jasno - obstaja vir modre barve, točke pa bodo dale zeleno in rdečo, tako da bomo dobili isti model RGB!". Ampak ne, tehnologija deluje drugače.

Ne smemo pozabiti, da so "kvantne pike" na enem velikem listu in niso razdeljene na podpiksle, ampak preprosto pomešane med seboj. Ko na film sveti modra dioda, pike oddajajo rdečo in zeleno, kot je navedeno zgoraj, in šele ko so vse te tri barve mešane, je to idealen vir bele svetlobe. In naj vas spomnim, da je visokokakovostna bela svetloba za matriko dejansko enaka naravni barvni reprodukciji za oči gledalca na drugi strani. Vsaj zato, ker vam ni treba opraviti korekcije z izgubo ali popačenjem spektra.

Še vedno je LCD TV

Širok barvni razpon bo še posebej uporaben za nove 4K televizorje in barvno podvzorčenje 4:4:4, ki ga pričakujemo v prihodnjih standardih. To je vse v redu, vendar ne pozabite, da kvantne pike ne odpravijo drugih težav s televizorji LCD. Na primer, skoraj nemogoče je dobiti popolno črno barvo, saj tekoči kristali (tiste "žaluzije", kot sem napisal zgoraj) ne morejo popolnoma blokirati svetlobe. Lahko se le »pokrijejo«, popolnoma pa ne zaprejo.

Kvantne pike so zasnovane tako, da izboljšajo barvno reprodukcijo, kar bo bistveno izboljšalo vtis slike. Toda to ni tehnologija OLED ali plazma, kjer so piksli sposobni popolnoma prekiniti dovod svetlobe. Plazemski televizorji pa so upokojili in je OLED za večino potrošnikov še vedno predrag, zato je dobro vedeti, da nam bodo proizvajalci kmalu ponudili novo vrsto LED televizorjev, ki se bodo bolje kazali.

Koliko stane "kvantni televizor"?

Prvi QD-TV Sony, Samsung in LG obljubljajo, da bodo prikazani na CES 2015 januarja. Vendar pa je kitajski TLC Multimedia pred množico, izdali so že 4K QD TV in pravijo, da bo kmalu prišel v trgovine na Kitajskem.

TCL-jev 55-palčni QD TV, prikazan na IFA 2014

Trenutno je nemogoče navesti točne stroške televizorjev z novo tehnologijo, čakamo na uradne izjave. Zapisali so, da bo strošek QD trikrat cenejši kot pri OLED, podobnih po funkcionalnosti. Poleg tega je tehnologija, kot pravijo znanstveniki, precej poceni. Na podlagi tega lahko upamo, da bodo modeli Quantum Dot široko dostopni in preprosto nadomestijo običajne. Mislim pa, da bodo sprva cene še vedno napihnjene. Kot je to običajno pri vseh novih tehnologijah.

14. junija 2018

Kvantna pika je delček prevodnika ali polprevodnika, katerega nosilci naboja (elektroni ali luknje) so v vseh treh dimenzijah omejeni v prostoru. Velikost kvantne pike mora biti tako majhna, da so kvantni učinki pomembni. To dosežemo, če je kinetična energija elektrona opazno večja od vseh drugih energijskih lestvic: najprej je večja od temperature, izražene v energijskih enotah. Kvantne pike sta v zgodnjih osemdesetih letih prejšnjega stoletja prvič sintetizirala Aleksej Ekimov v stekleni matriki in Louis E. Brus v koloidnih raztopinah.

Izraz "kvantna pika" je skoval Mark Reed.

Energijski spekter kvantne pike je diskreten, razdalja med stacionarnimi energijskimi nivoji nosilca naboja pa je odvisna od velikosti same kvantne pike kot -ħ/(2md^2), kjer:
ħ je reducirana Planckova konstanta;
d je karakteristična velikost točke;
m je efektivna masa elektrona v točki

Preprosto povedano, kvantna pika je polprevodnik, katerega električne lastnosti so odvisne od njegove velikosti in oblike.
Na primer, ko se elektron premakne na nižjo energijsko raven, se odda foton; ker je mogoče nadzorovati velikost kvantne pike, je možno tudi spreminjanje energije oddanega fotona, kar pomeni spreminjanje barve svetlobe, ki jo oddaja kvantna pika.

Vrste kvantnih pik
Obstajata dve vrsti:
epitaksalne kvantne pike;
koloidne kvantne pike.

Pravzaprav se tako imenujejo glede na metode njihove proizvodnje. Zaradi velikega števila kemičnih izrazov o njih ne bom podrobno govoril. Dodal bom le, da je s pomočjo koloidne sinteze mogoče dobiti nanokristale, prevlečene s plastjo adsorbiranih površinsko aktivnih molekul. Tako so topni v organskih topilih in po modifikaciji tudi v polarnih topilih.

Konstrukcija kvantnih pik
Običajno je kvantna pika polprevodniški kristal, v katerem se uresničujejo kvantni učinki. Elektron v takšnem kristalu se počuti, kot da je v tridimenzionalni potencialni vdolbini in ima veliko stacionarnih energijskih nivojev. V skladu s tem lahko kvantna pika pri premikanju z ene ravni na drugo oddaja foton. Ob vsem tem je prehode enostavno nadzorovati s spreminjanjem velikosti kristala. Prav tako je mogoče vržeti elektron na visoko energijsko raven in sprejeti sevanje s prehoda med nižjimi nivoji in posledično dobimo luminiscenco. Pravzaprav je bilo opazovanje tega pojava tisto, ki je služilo kot prvo opazovanje kvantnih pik.

Zdaj o zaslonih
Zgodovina polnopravnih zaslonov se je začela februarja 2011, ko je Samsung Electronics predstavil razvoj polnobarvnega zaslona, ​​ki temelji na kvantnih pikah QLED. Šlo je za 4-palčni zaslon, ki ga poganja aktivna matrika, t.j. vsako barvno slikovno piko kvantne pike lahko vklopi in izklopi tankoplastni tranzistor.

Za izdelavo prototipa se na silikonsko ploščo nanese plast raztopine kvantne pike in nanjo se razprši topilo. Nato se v plast kvantnih pik vtisne gumijast žig z glavnikasto površino, ki se loči in vtisne na steklo ali fleksibilno plastiko. Tako se trakovi kvantnih pik odlagajo na substrat. Pri barvnih zaslonih vsaka slikovna pika vsebuje rdečo, zeleno ali modro podpikslo. V skladu s tem se te barve uporabljajo z različno intenzivnostjo, da dobimo čim več odtenkov.

Naslednji korak v razvoju je bila objava članka znanstvenikov z Indijskega inštituta za znanost v Bangaloreju. Kjer so bile opisane kvantne pike, ki svetijo ne le v oranžni barvi, ampak tudi v razponu od temno zelene do rdeče.

Zakaj je LCD slabši?
Glavna razlika med zaslonom QLED in LCD je v tem, da slednji lahko pokrije le 20-30 % barvnega obsega. Prav tako v QLED televizorjih ni treba uporabljati sloja s svetlobnimi filtri, saj kristali, ko se nanje nanese napetost, vedno oddajajo svetlobo z dobro določeno valovno dolžino in posledično z enako barvno vrednostjo.

Zasloni s tekočimi kristali so sestavljeni iz 5 plasti: vir je bela svetloba, ki jo oddajajo LED diode, ki prehaja skozi več polarizacijskih filtrov. Filtri, ki se nahajajo spredaj in zadaj, skupaj s tekočimi kristali nadzirajo pretočni svetlobni tok, zmanjšajo ali povečajo njegovo svetlost. To je posledica pikselnih tranzistorjev, ki vplivajo na količino svetlobe, ki prehaja skozi filtre (rdeča, zelena, modra).

Oblikovana barva teh treh podpikslov, na katere so uporabljeni filtri, daje določeno barvno vrednost slikovne pike. Mešanje barv je precej "gladko", čisto rdeče, zelene ali modre je na ta način preprosto nemogoče dobiti. Kamen spotike so filtri, ki ne prepuščajo enega vala določene dolžine, temveč več različnih valovnih dolžin. Na primer, oranžna svetloba prehaja tudi skozi rdeči filter.

Omeniti velja, da obseg kvantnih pik ni omejen le na LED monitorje, med drugim jih je mogoče uporabiti v tranzistorjih s polnim učinkom, fotocelicah, laserskih diodah, razvija pa se tudi možnost uporabe v medicini in kvantnem računalništvo. študiral.

LED oddaja svetlobo, ko je nanjo priložena napetost. Zaradi tega se elektroni (e) prenesejo iz materiala tipa N v material tipa P. Material tipa N vsebuje atome s presežnim številom elektronov. V materialu tipa P so atomi, ki nimajo elektronov. Ko presežni elektroni zadenejo slednjega, oddajajo energijo v obliki svetlobe. V običajnem polprevodniškem kristalu je to običajno bela svetloba, ki jo proizvajajo različne valovne dolžine. Razlog za to je, da so elektroni lahko na različnih energijskih ravneh. Posledično imajo nastali fotoni (P) različne energije, kar se izraža v različnih valovnih dolžinah sevanja.

Stabilizacija svetlobe s kvantnimi pikami
Televizorji QLED kot vir svetlobe uporabljajo kvantne pike – to so kristali, veliki le nekaj nanometrov. V tem primeru izgine potreba po sloju s svetlobnimi filtri, saj kristali ob dovajanju napetosti vedno oddajajo svetlobo z dobro določeno valovno dolžino in s tem barvno vrednostjo. Ta učinek je dosežen s skromno velikostjo kvantne pike, v kateri se elektron, tako kot v atomu, lahko premika le v omejenem prostoru. Tako kot v atomu lahko elektron kvantne pike zaseda le strogo določene energetske ravni. Zaradi dejstva, da so te energijske ravni odvisne tudi od materiala, je mogoče namensko prilagoditi optične lastnosti kvantnih pik. Na primer, za pridobitev rdeče barve se uporabljajo kristali iz zlitine kadmija, cinka in selena (CdZnSe), katerih dimenzije so približno 10-12 nm. Za rumeno, zeleno in modro barvo je primerna zlitina kadmija in selena, slednjo lahko dobimo tudi z uporabo nanokristalov iz cinkove in žveplove spojine velikosti 2-3 nm.

Množična proizvodnja modrih kristalov je zelo težka in draga, zato televizor, ki ga je leta 2013 predstavil Sony, ni »pedigreed« QLED TV, ki temelji na kvantnih pikah. Na zadnji strani zaslonov, ki jih proizvajajo, je plast modrih LED, katerih svetloba prehaja skozi plast rdečih in zelenih nanokristalov. Posledično dejansko zamenjajo trenutno običajne filtre. Zahvaljujoč temu se barvni razpon v primerjavi z običajnimi LCD televizorji poveča za 50%, vendar ne doseže ravni "čistega" zaslona QLED. Slednji imajo poleg širše barvne palete še eno prednost: varčujejo z energijo, saj ni potrebe po sloju s svetlobnimi filtri. Posledično tudi sprednji del zaslona na QLED televizorjih prejme več svetlobe kot pri običajnih televizorjih, ki prepuščajo le približno 5 % svetlobne moči.

Znanstveniki so zgradili teorijo o tvorbi razširjenega razreda kvantnih pik, ki jih dobimo iz spojin, ki vsebujejo kadmij in selen. Že 30 let je razvoj v tej smeri v veliki meri temeljil na poskusih in napakah. Članek je bil objavljen v reviji Nature Communications.

Kvantne pike so kristalni polprevodniki na nanosmerju z izjemnimi optičnimi in elektronskimi lastnostmi, ki so že našli uporabo na številnih področjih raziskav in tehnologije. Imajo vmesne lastnosti med polprevodniki in posameznimi molekulami. Vendar pa v procesu sinteze teh nanodelcev ostajajo nejasne točke, saj znanstveniki niso mogli popolnoma razumeti, kako reagenti medsebojno delujejo, od katerih so nekateri zelo strupeni.

Todd Krauss in Leigh Frenette z Univerze v Rochestru bosta to spremenila. Zlasti so ugotovili, da se med reakcijo sinteze pojavijo strupene spojine, ki so bile uporabljene za pridobitev prvih kvantnih pik pred 30 leti. »V bistvu smo se z našim odkritjem vrnili 'nazaj v prihodnost',« pravi Krauss. - Izkazalo se je, da se danes uporabljeni varnejši reagenti spremenijo v tiste snovi, ki so se jim poskušali izogniti že desetletja. Ti pa reagirajo s tvorbo kvantnih pik."

Prvič, zmanjšal bo količino ugibanj, povezanih s proizvodnjo kvantnih pik na osnovi kadmija ali selena, kar je privedlo do nedoslednosti in neponovljivosti, ki je oviralo iskanje industrijskih aplikacij.
Drugič, opozoril bo raziskovalce in podjetja, ki se ukvarjajo s sintezo kvantnih pik v velikih količinah, da se še vedno ukvarjajo z nevarnimi snovmi, kot sta vodikov selenid in alkil-kadmijevi kompleksi, čeprav implicitno.
Tretjič, razjasnila bo kemijske lastnosti fosfinov, ki se uporabljajo v številnih procesih za sintezo kvantnih pik pri visokih temperaturah.

Viri:

« Kvantne pike so umetni atomi, katerih lastnosti je mogoče nadzorovati»

Zh.I. Alferov, Nobelov nagrajenec leta 2000. v fiziki za razvoj polprevodniških heterostruktur za visoke hitrosti in optoelektronike

Kvantne pike (QD) so izolirani nanoobjekti, katerih lastnosti se bistveno razlikujejo od lastnosti materiala v razsutem stanju enake sestave. Takoj je treba omeniti, da so kvantne pike bolj matematični model kot resnični predmeti. In to je posledica nezmožnosti popolnega oblikovanja izolirane strukture - majhni delci vedno delujejo z okoljem, v tekočem mediju ali trdni matriki.

Če želite razumeti, kaj so kvantne pike in razumeti njihovo elektronsko strukturo, si predstavljajte starodavni grški amfiteater. Zdaj si predstavljajte, da se na odru odvija fascinantna predstava, občinstvo pa je napolnjeno z ljudmi, ki so prišli gledat igro igralcev. Tako se izkaže, da je vedenje ljudi v gledališču v marsičem podobno obnašanju elektronov kvantnih pik (QD). Med predstavo se igralci premikajo po areni, ne da bi zapustili avditorij, občinstvo pa samo spremlja dogajanje s svojih sedežev in se ne spušča na oder. Arena so nižje napolnjene ravni kvantne pike, vrste občinstva pa so vznemirjene elektronske ravni z višjo energijo. Hkrati pa je lahko gledalec v kateri koli vrsti dvorane, tako lahko elektron zasede kateri koli energijski nivo kvantne pike, vendar se ne more locirati med njimi. Ob nakupu vstopnic za predstavo na blagajni so se vsi trudili, da bi dobili najboljše sedeže – čim bližje odru. Res, no, kdo hoče sedeti v zadnji vrsti, od koder z daljnogledom niti ne vidiš igralčevega obraza! Ko se torej občinstvo usede pred začetkom predstave, so vse spodnje vrste dvorane napolnjene, tako kot v stacionarnem stanju QD, ki ima najmanj energije, so nižje energijske nivoje popolnoma zasedene z elektroni. Med predstavo pa lahko eden od gledalcev zapusti svoje mesto, na primer, ker glasba na odru igra preglasno ali pa se je samo neprijeten sosed ujel, in se prestavi v prosto zgornjo vrsto. Tako se elektron v kvantni piki pod vplivom zunanjega delovanja prisili, da se premakne na višjo energijsko raven, ki je ne zasedajo drugi elektroni, kar vodi v nastanek vzbujenega stanja kvantne pike. Verjetno se sprašujete, kaj se zgodi s tistim praznim mestom na energijskem nivoju, kjer je bil nekoč elektron – tako imenovano luknjo? Izkazalo se je, da z interakcijami naboja elektron ostane povezan z njim in se lahko v vsakem trenutku vrne, tako kot si lahko gledalec, ki je šel naprej, vedno premisli in se vrne na mesto, ki je navedeno na njegovi vstopnici. Par "elektronske luknje" se imenuje "exciton" iz angleške besede "excited", kar pomeni "vzbujen". Migracijo med energijskimi nivoji QD, podobno kot dvig ali spust enega od gledalcev, spremlja sprememba energije elektrona, ki ustreza absorpciji ali emisiji svetlobnega kvanta (fotona), ko elektron preide na višjo oziroma nižjo raven. Zgoraj opisano obnašanje elektronov v kvantni piki vodi do diskretnega energijskega spektra, ki ni značilen za makroobjekte, za katere se QD pogosto imenujejo umetni atomi, v katerih so ravni elektronov diskretne.

Moč (energija) vezi med luknjo in elektronom določa polmer ekscitona, ki je značilna količina za vsako snov. Če je velikost delcev manjša od polmera ekscitona, se izkaže, da je eksciton v prostoru omejen s svojo velikostjo, ustrezna vezavna energija pa se bistveno spremeni v primerjavi z razsuto snovjo (glej "učinek kvantne velikosti"). Ni težko uganiti, da če se energija ekscitona spremeni, se spremeni tudi energija fotona, ki ga oddaja sistem med prehodom vzbujenega elektrona na prvotno mesto. Tako je s pridobivanjem monodisperznih koloidnih raztopin nanodelcev različnih velikosti mogoče nadzorovati energije prehoda v širokem območju optičnega spektra.

Prve kvantne pike so bile kovinski nanodelci, ki so jih sintetizirali v starem Egiptu za barvanje različnih stekel (mimogrede, rubinaste zvezde Kremlja so bile pridobljene s podobno tehnologijo), čeprav so bolj tradicionalne in splošno znane kvantne pike GaN polprevodnik delci, vzgojeni na substratih in koloidnih raztopinah nanokristalov CdSe. Trenutno obstaja veliko načinov za pridobivanje kvantnih pik, na primer z uporabo "nanolitografije" jih je mogoče "izrezati" iz tankih plasti polprevodniških "heterostruktur" ali pa se spontano oblikovati v obliki nano velikih vključkov polprevodniške materialne strukture ene vrste v matriki druge. Z uporabo metode "molekularno-žarkovne epitaksije" s pomembno razliko v parametrih enotne celice substrata in deponiranega sloja je mogoče doseči rast piramidnih kvantnih pik na substratu, za preučevanje lastnosti od katerih je akademik Zh.I. Alferov prejel Nobelovo nagrado. Z nadzorom pogojev sinteznih procesov je teoretično mogoče dobiti kvantne pike določenih velikosti z želenimi lastnostmi.

Kvantne pike so še vedno "mlad" predmet raziskovanja, vendar so velike možnosti za njihovo uporabo pri oblikovanju laserjev in zaslonov nove generacije že precej očitne. Optične lastnosti QD se uporabljajo na najbolj nepričakovanih področjih znanosti, kjer so potrebne nastavljive luminiscenčne lastnosti materiala, na primer v medicinskih raziskavah je z njihovo pomočjo mogoče "osvetliti" obolela tkiva. Ljudje, ki sanjajo o "kvantnih računalnikih", vidijo kvantne pike kot obetavne kandidate za gradnjo kubitov.

Literatura

N. Kobayashi. Uvod v nanotehnologijo. M.: BINOM. Laboratorij znanja, 2007, 134 str.

V.Ya. Demikhovski, G.A. Vugalterjeva fizika kvantnih nizkodimenzionalnih struktur. M.: Logos, 2000.

Vsaka snov mikroskopske velikosti je nanodelec, material, ki ga raziskovalci nanotehnologije uporabljajo za razvoj in ustvarjanje novih tehnologij, ki temeljijo na uporabi elementov v tej majhni obliki. Pozorno beremo, saj se bo treba malo poglobiti v bistvo besedila.

Kvantne pike so nanodelci, izdelani iz katerega koli polprevodniškega materiala, kot so silicij, kadmijev selenid, kadmijev sulfid ali indijev arzenid, ki ob osvetlitvi s svetlobo žarijo v določeni barvi.

Barva, s katero svetijo, je odvisna od velikosti nanodelcev. Z umestitvijo kvantov različnih velikosti je mogoče doseči rdečo, zeleno in modro barvo v vsakem pikslu zaslona, ​​kar bo omogočilo ustvarjanje celotnega spektra barv v teh slikovnih pikah (vsako obstoječo barvo dobimo z mešanjem te barve).

Ko so kvantne pike osvetljene z UV svetlobo, nekateri elektroni dobijo dovolj energije, da se znebijo atomov. Ta sposobnost jim omogoča, da se premikajo po nanodelcu in ustvarijo prevodni pas, v katerem se elektroni prosto premikajo skozi material in vodijo elektriko.

Ko se elektroni spustijo v zunanjo orbito okoli atoma (valenčni pas), oddajajo svetlobo. Barva te svetlobe je odvisna od energijske razlike med prevodnim in valenčnim pasom.

Manjši kot je nanodelec, večja je energijska razlika med valenčnim in prevodnim pasom, kar ima za posledico globlje modro barvo. Za večji nanodelec je razlika v energiji med valenčnim in prevodnim pasom manjša, kar luminiscenco premakne proti rdeči.

Kvantne pike in zasloni

Prednosti LCD zaslonov so številne. Oglejmo si najpomembnejše in zanimive lastnosti, ki so jih LCD zasloni prejeli od kvantnih pik.

Večja najvišja svetlost

Eden od razlogov, zakaj so proizvajalci tako navdušeni nad kvantnimi pikami, je zmožnost ustvarjanja zaslonov z veliko večjo maksimalno svetlostjo kot druge tehnologije. Povečana najvišja svetlost pa zagotavlja veliko večje možnosti za uporabo HDR in Dolby Vision.

Dolby Vision je video standard, ki ima razširjen dinamični razpon, torej zelo veliko razliko v svetlobi med najsvetlejšo in najtemnejšo točko na zaslonu, zaradi česar je slika bolj realistična in kontrastna.

Če se ne zavedate, potem razvijalci nenehno poskušajo igrati Gospoda Boga in ustvariti to, kar je ustvaril (no, ali kdo je to ustvaril vse okoli nas, morda vesolje?), samo da bi to prenesli na zaslon.

To pomeni, da ima na primer običajno nebo na jasen dan svetlost približno 20.000 nit (svetilne enote), medtem ko lahko najboljši televizorji zagotovijo svetlost približno 10 manj. Standard Dolby Vision je torej še vedno pred ostalimi, vendar so še vedno zelo daleč od Kreatorja :)

V skladu s tem so zasloni s kvantnimi pikami še en korak k svetlejši sliki. Morda bomo nekega dne lahko videli skoraj pravi sončni vzhod in/ali sončni zahod in morda še druga edinstvena čudesa narave, ne da bi zapustili dom.

Najboljša barvna reprodukcija

Druga velika prednost kvantnih pik je izboljšana barvna natančnost. Ker ima vsaka slikovna pika rdeče, modre in zelene CT-je, vam omogoča dostop do celotne palete barv, kar vam omogoča, da dosežete neverjetno količino odtenkov katere koli barve.

Izboljšana življenjska doba baterije za mobilne naprave

Zasloni s kvantnimi pikami ne obljubljajo le vrhunske kakovosti slike, temveč tudi izjemno nizko porabo energije.

Kvantne pike in Samsung QLED

Samsungovi televizorji s kvantnimi pikami ali preprosto niso v resnici kvantne pike pri pravilnem razumevanju te tehnologije. QLED je bolj hibrid, križanec med kvantnimi pikami in LED zasloni. Zakaj? Ker ti televizorji še vedno uporabljajo LED osvetlitev ozadja, pri pravem zaslonu na kvantnih pikah pa naj bi svetlobo ustvarile prav pike.

Zato, tudi če se novi televizorji južnokorejskega velikana kažejo bolje od običajnih LED zaslonov, še vedno niso televizorji s kvantnimi pikami, temveč televizorji s kvantno piko namesto svetlobnega filtra.

Komentarji:

Ivan Ivanovič