Приборы на основе квантовых точек

1.

ПРИБОРЫ НА ОСНОВЕ
КВАНТОВЫХ ТОЧЕК
СТУДЕНТ: МИРОНЕНКО МАТВЕЙ СЕРГЕЕВИЧ
ФАКУЛЬТЕТ: РЭФ
ГРУППА: РНТ1-91
РУКОВОДИТЕЛЬ: ГРИДЧИН А.В

2.

КВАНТОВЫЕ ТОЧКИ
• технологии на основе квантовых точек позволяют перейти на
совершенно новый уровень. Эта технология позволяет создать такие
приборы, как: Квантовые компьютеры или же квантовые дисплеи.
Квантовые точки
сульфида кадмия

3.

КВАНТОВЫЕ ТОЧКИ
• В зависимости от применения квантовые точки можно реализовывать
в разных сферах. Квантовые точки являются перспективными
материалами в медицине, биологии, оптике, оптоэлектронике,
микроэлектронике, полиграфии, энергетике.

4.

ЧТО ЖЕ ТАКОЕ КВАНТОВАЯ ТОЧКА?
• Ква́нтовая то́чка — фрагмент проводника или полупроводника,
носители заряда (электроны или дырки) которого ограничены в
пространстве по всем трём измерениям. Размер квантовой точки
должен быть настолько мал, чтобы квантовые эффекты были
существенными.
Проще говоря, квантовая точка — это полупроводник,
электрические характеристики которого зависят от его
размера и формы. Чем меньше размер кристалла, тем
больше расстояние между энергетическими уровнями.
Например, при переходе электрона на энергетический
уровень ниже, испускается фотон;

5.

ЛЮМИНЕСЦЕНЦИРУЮЩИЕ СВОЙСТВА
• так как мы можем регулировать размер квантовой точки, то мы можем
изменять энергию испускаемого фотона, а значит, мы можем изменять
цвет испускаемого квантовой точкой света. Основное преимущество
квантовой точки заключается в возможности высокоточного контроля
над её размером,
а следовательно и над проводимостью, что позволяет создавать
флуорофоры разных цветов из одного и того же материала по одной
методике.
Квантовые точки, люминесцирующие в видимой
области от фиолетового до красного, производятся
в килограммовых масштабах

6.

УСТРОЙСТВО И СВОЙСТВА КВАНТОВЫХ ТОЧЕК

7.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
• Широкий спектр поглощения, что позволяет возбуждать нанокристаллы
разных цветов одним источником излучения.
• Узкий и симметричный пик флуоресценции (без «хвоста» в красной
области, как у органических красителей, полуширина пика
флуоресценции 25—40 нм), что обеспечивает чистый цвет: точки
размером 2 нм — голубой, 3 нм — зеленый, 6 нм — красный
• Высокая яркость флуоресценции
• Высокая фотостабильность.

8.

КОНСТРУКЦИЯ КВАНТОВОЙ ТОЧКИ
• Квантовая точка состоит из ядра и защитной оболочки из материала с
более широкой запрещенной зоной.
• (Запрещённая зо́на — термин из физики твёрдого тела — зона — область
значений энергии, которыми не может обладать электрон в идеальном
(бездефектном) кристалле. Этот диапазон называют шириной
запрещённой зоны и обычно численно выражают в электрон-вольтах.)
• Она уменьшает дефекты на поверхности ядра, что приводит к повышению
квантового выхода флуоресценции до 90 %, предотвращает деградацию
квантовой точки и высвобождение токсичных ионов кадмия.
• . Квантовые точки могут быть различной формы и размера, но чаще всего
это сферы диаметром 2—10 нм, и состоят они из 103—105 атомов

9.

ПРИМЕНЕНИЕ КВАНТОВЫХ ТОЧЕК

10.

МЕДИЦИНА
• Коллоидные квантовые точки являются хорошей заменой традиционных
люминофоров, как органических, так и неорганических. Именно это свойство
очень хорошо раскрывается в области медицине и оптики. В медицине
квантовые точки, можно использовать как индикаторы, которыми возможно
подсветить необходимые клетки для изучения, наблюдения и отслеживания.
например для окрашивания опухолей или аутоиммунных антител, доставки
лекарств к нужным тканям (присоединяя лекарственные вещества к
наночастицам, можно более точно нацеливать их на опухоли).

11.

ОПТИКА
• В области оптики квантовые точки могут отлично заменить amoled
дисплей. В один пиксель помещаем квантовые точки разных размеров,
что соответственно приводит к изменению длинны световой волны.
Таким образом получается стандартный пиксель RGB (Red Green Blue).

12.

• Квантовый компьютер - вычислительное устройство, которое
использует явления квантовой механики (квантовая суперпозиция,
квантовая запутанность) для передачи и обработки данных. Квантовый
компьютер (в отличие от обычного) оперирует не битами (способными
принимать значение либо 0, либо 1), а кубитами (Куби́ т (q-бит, кьюбит,
кубит; от quantum bit) — квантовый разряд, или наименьший элемент
для хранения информации в квантовом компьютере.), имеющими
значения одновременно и 0, и 1. Теоретически, это позволяет
обрабатывать все возможные состояния одновременно, достигая
существенного превосходства над обычными компьютерами в ряде
алгоритмов
КВАНТОВЫЙ КОМПЬЮТЕР
Вот так выглядит 50-кубитный квантовый компьютер IBM

13.

МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ КВАНТОВЫХ ТОЧЕК
• Существует два главных метода создания квантовых точек: эпитаксия и синтез в
коллоиде.
Эпитаксия — метод выращивания
кристаллов на поверхности подложки:
Коллоидный синтез, при котором вещества
смешиваются в растворе.
молекулярно-лучевая эпитаксия,
газофазная эпитаксия.
При помощи коллоидного синтеза можно
получать нанокристаллы, покрытые слоем
адсорбированных поверхностно-активных
молекул.

14.

ВЫВОД
• Квантовые точки – это перспективное направление для
приборостроения, медицины и оптика.
• Необходимо решить множество не решённых проблем, связанных с
данными технологиями.