क्वांटम डॉट्स और नैनोक्रिस्टल
क्वांटम डॉट्स अर्धचालक नैनोक्रिस्टल होते हैं जो इतने छोटे होते हैं कि उनके इलेक्ट्रॉनों का परिरोध उनके ऑप्टिकल और इलेक्ट्रॉनिक गुणों को आकार पर निर्भर करता है, जिससे अवशोषण और उत्सर्जन के रंगों को क्रिस्टल के विकास को नियंत्रित करके ट्यून किया जा सकता है।
Definition
एक क्वांटम डॉट एक अर्धचालक नैनोक्रिस्टल होता है, जो आमतौर पर कुछ नैनोमीटर चौड़ा होता है, जिसमें आवेश वाहक तीनों आयामों में सीमित होते हैं ताकि इसके इलेक्ट्रॉनिक ऊर्जा स्तर असतत और आकार-निर्भर हों, जिससे अणु और थोक ठोस के बीच मध्यवर्ती ऑप्टिकल गुण प्राप्त होते हैं।
Scope
यह विषय शून्य-आयामी अर्धचालक नैनोक्रिस्टल को शामिल करता है: क्वांटम परिरोध का भौतिकी जो आकार घटने पर प्रभावी बैंड गैप को बढ़ाता है; कोलाइडल हॉट-इंजेक्शन और संबंधित संश्लेषण जो नियंत्रित आकार और आकृति के लगभग मोनोडिस्पर्स क्रिस्टल का उत्पादन करते हैं; कोर-शेल संरचनाएं जो उत्सर्जन में सुधार करती हैं; सतह लिगैंड रसायन विज्ञान; और ऑप्टिकल गुण — आकार-ट्यून करने योग्य फोटोल्यूमिनेसेंस और तीव्र एक्सिटोनिक अवशोषण — जो उन्हें उपयोगी बनाते हैं।
Core questions
- क्वांटम परिरोध नैनोक्रिस्टल गुणों को आकार-निर्भर कैसे बनाता है?
- विलयन में मोनोडिस्पर्स नैनोक्रिस्टल का संश्लेषण कैसे किया जाता है?
- कोर-शेल संरचनाएं क्वांटम-डॉट उत्सर्जन में सुधार क्यों करती हैं?
- सतह लिगैंड रसायन विज्ञान नैनोक्रिस्टल की स्थिरता और कार्य को कैसे प्रभावित करता है?
Key concepts
- क्वांटम परिरोध
- एक्सिटॉन बोहर त्रिज्या
- हॉट-इंजेक्शन संश्लेषण
- कोर-शेल नैनोक्रिस्टल
- सतह लिगैंड
- आकार-ट्यून करने योग्य फोटोल्यूमिनेसेंस
Key theories
- क्वांटम परिरोध और आकार-ट्यून करने योग्य गैप
- जब एक अर्धचालक क्रिस्टल प्राकृतिक एक्सिटॉन आकार से छोटा होता है, तो वाहक सीमित हो जाते हैं और अनुमत ऊर्जाएं असतत हो जाती हैं; क्रिस्टल के सिकुड़ने पर प्रभावी बैंड गैप बढ़ जाता है, इसलिए उत्सर्जन और अवशोषण कण के आकार के साथ लगातार बदलते रहते हैं।
- कोलाइडल संश्लेषण और आकार नियंत्रण
- तेजी से न्यूक्लिएशन के बाद गर्म समन्वयकारी सॉल्वैंट्स में नियंत्रित वृद्धि से लगभग मोनोडिस्पर्स नैनोक्रिस्टल प्राप्त होते हैं; सर्फेक्टेंट और स्थितियों को बदलने से आकार और उजागर फलकों को नियंत्रित किया जाता है, जिससे ऑप्टिकल और सतह गुणों को ट्यून किया जाता है।
Mechanisms
फोटोएक्साइटेशन एक सीमित इलेक्ट्रॉन-होल युग्म (एक्सिटॉन) बनाता है जिसका पुनर्संयोजन सीमित बैंड गैप द्वारा निर्धारित ऊर्जा पर एक फोटॉन उत्सर्जित करता है; सतह के जाल और लटकते हुए बंधन गैर-विकिरणकारी मार्ग खोलते हैं, जिसे एक व्यापक-गैप शेल उत्सर्जन दक्षता बढ़ाने के लिए निष्क्रिय करता है।
Clinical relevance
आकार-ट्यून करने योग्य, चमकीला, फोटोस्टेबल उत्सर्जन क्वांटम डॉट्स को डिस्प्ले बैकलाइट्स और इलेक्ट्रोएल्यूमिनेसेंट स्क्रीन में, फ्लोरोसेंट लेबलिंग और बायो-इमेजिंग में, और फोटोवोल्टिक्स और प्रकाश-उत्सर्जक उपकरणों में प्रकाश अवशोषक और उत्सर्जक के रूप में मूल्यवान बनाता है।
History
1980 के दशक की शुरुआत में ब्रस ने क्वांटम परिरोध के संदर्भ में नैनोक्रिस्टल ऑप्टिकल स्पेक्ट्रा की आकार निर्भरता की व्याख्या की। 1990 के दशक में बावेंडी और अन्य द्वारा हॉट-इंजेक्शन कोलाइडल संश्लेषण के विकास ने लगभग मोनोडिस्पर्स, उच्च-गुणवत्ता वाले नैनोक्रिस्टल दिए, और एलिविसाटोस की 1996 की समीक्षा ने इस क्षेत्र को समेकित किया, जिससे वाणिज्यिक क्वांटम-डॉट डिस्प्ले और बायो-इमेजिंग जांच का विकास हुआ।
Key figures
- A. Paul Alivisatos
- Louis Brus
- Moungi Bawendi
Related topics
Seminal works
- alivisatos1996
- elsayed2005
Frequently asked questions
- क्वांटम डॉट में 'क्वांटम' का क्या अर्थ है?
- यह क्वांटम परिरोध को संदर्भित करता है: डॉट इतना छोटा होता है कि तरंग-जैसे इलेक्ट्रॉन और होल अपने प्राकृतिक आकार के तुलनीय स्थान में संकुचित हो जाते हैं, जो उनकी ऊर्जा को थोक क्रिस्टल के निरंतर बैंड के बजाय असतत, आकार-निर्भर स्तरों में क्वांटाइज़ करता है।
- कोर-शेल क्वांटम डॉट्स नंगे कोर की तुलना में अधिक चमकीले क्यों होते हैं?
- एक नंगे नैनोक्रिस्टल के सतह परमाणुओं में असंतुष्ट बंधन होते हैं जो वाहकों को फंसाते हैं और उत्सर्जन को बुझाते हैं। एक व्यापक-बैंड-गैप अर्धचालक का एक पतला शेल विकसित करने से वाहक कोर के अंदर सीमित हो जाते हैं और सतह को निष्क्रिय कर देते हैं, जिससे प्रकाश उत्सर्जित करने वाले उत्तेजनाओं का अंश तेजी से बढ़ जाता है।