Punto quantico

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Punti quantici colloidali irraggiati con luce ultravioletta. Punti quantici di dimensione differente emettono luce di lunghezza d'onda, e quindi colore, differente, a causa del confinamento quantico.
Schema di un punto quantico. Gli elettroni (o le lacune) sono confinati all'interno della regione scura.

Un punto quantico (dall'inglese quantum dot) è una nanostruttura formata da un'inclusione di un materiale semiconduttore, con una certa banda proibita e con dimensioni tipiche comparabili alla lunghezza d'onda di De Broglie, all'interno di un altro semiconduttore con banda proibita più grande. Tale struttura genera un pozzo di potenziale tridimensionale che confina i portatori di carica (elettroni e lacune) in una piccola regione di spazio in cui i livelli energetici divengono discreti. Quest'ultima proprietà ha portato all'associazione tra punti quantici ed atomi generando lo pseudonimo "atomi artificiali".

Tra i possibili impieghi vi sono l'implementazione dei qubit necessari per un computer quantistico, e lo studio dello stato di condensato di Bose - Einstein. Un altro possibile impiego è quello di riserva di energia, di sorgente luminosa o per la produzione a basso costo di celle fotovoltaiche.

Descrizione[modifica | modifica sorgente]

I piccoli punti quantici, come semiconduttori nanocristallini in soluzione colloidale, hanno dimensioni tra i 2 e i 10 nanometri, corrispondenti a circa 10-50 atomi di diametro, e possono arrivare ad un totale di 100 - 100.000 atomi.

I punti quantici autoassemblati hanno dimensioni di 10-50 nanometri; quelli definiti tramite litografia elettronica hanno dimensioni più grandi intorno a 100 nm.

I punti quantici possono essere contrapposti ad altre nanostrutture nei semiconduttori:

  • fili quantici (quantum wires), in cui gli elettroni o le lacune sono confinati in due direzioni spaziali, permettendone la propagazione libera in una terza.
  • pozzi quantici (quantum wells), in cui gli elettroni o le lacune sono confinati in una direzione e si possono muovere nelle altre due dimensioni.

I Q.D. che contengono gli elettroni possono anche essere paragonati ad atomi: entrambi hanno uno spettro di energia discreto e contengono un piccolo numero di elettroni, ma diversamente dagli atomi il potenziale di confinamento dei Q.D. non mostra necessariamente una simmetria sferica. Inoltre gli elettroni limitati non si muovono nello spazio libero, ma all’interno del cristallo semiconduttore che li ospita.

Applicazioni[modifica | modifica sorgente]

Fiale contenenti punti quantici prodotti a livello industriale. I punti quantici mostrati hanno picco di emissione a diverse lunghezze d'onda, in passi da 10 nm.
  • I punti quantici vengono utilizzati come sorgenti a singolo fotone[senza fonte].
  • Usando punti quantici i Fujitsu Laboratories hanno sviluppato un semiconduttore ottico capace di ridisegnare la forma d'onda di segnali ottici ad alta velocità (circa 40Gbps). La All-Optical 3R Regeneration[senza fonte].

Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

Collegamenti esterni[modifica | modifica sorgente]