Punto quantico

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 del punto quantico.

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

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 all'interno del volume di un tipico Q.D. I Q.D. auto assemblati hanno dimensioni di 10-50 nanometri, e vengono composti in forme definite con l’uso di particolari tecnologie elettro-litografiche. A 10 nanometri di diametro possono essere allineati quasi 3 milioni di punti (Q.D.), da un'estremità all’altra, per la larghezza di un pollice umano.

I Q.D. possono essere contrapposti ad altre nanostrutture nei semiconduttori:

• quantum wires, (fili quantici) che limitano il movimento degli elettroni o delle lacune in due direzioni spaziali, permettendone la propagazione libera in una terza.
• quantum wells, (pozzi quantici) che limitano il movimento degli elettroni o delle lacune in una direzione e permettendone la propagazione 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 trattengono 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

• I punti quantici vengono utilizzati come sorgenti a singolo fotone.
• 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.

Bibliografia

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Voci correlate

• Celle solari
• Informatica quantistica
• Nanocristalli
• Pannelli fotovoltaici
• Quantum well
• Quantum wire

Collegamenti esterni

• Nanopatterning of Quantum Dots
• How quantum dots work - flash animations
• Sizing Curve for CdSe Nanocrystals
• Sizing Curve for CdS Nanocrystals
• Quantum dots that produce white light could be the light bulb’s successor
• Nanomaterial Database
• Quantum dots device counts single electrons - New Scientist
• Cheaper Dots : New process slashes the cost of quantum dots Scientific American Magazine (December 2005)
• Quantum dot on arxiv.org

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