Pillola d’approfondimento: Quantum dots (Punti Quantici), nanocristalli metallici semiconduttori.
Quando m’interessai dei nanocompositi polimerici (mio principale interesse) incappai nei nanocompositi metallo polimero. Influenzato dalle nozioni inerenti i compositi tradizionali ingenuamente pensai che si trattasse di un composito in cui la miscelazione dei componenti era solo più intima (a livello nanometrico appunto) con tutte le conseguenze del caso.
Infittendo l’interesse per la materia scoprii che c’era qualcos’altro.
In particolare fui colpito dai reiterati riferimenti ai nanocristalli e quantum dots. Ma cosa sono i quantum dots? Nanocristalli, nanoparticelle metalliche di rinforzo o cos’altro.
Cercherò di riportare brevemente quello che, nei limiti delle mie conoscenze e della mia capacità di comprensione ho appreso.
I quantum dots sono dei nanocristalli metallici. In dettaglio sono cristalli di ossidi, solfuri, selenuri (se così vogliamo chiamarli)etc. di metalli quali ad esempio il Cadmio, Zinco, Ferro.
In riferimento alle dimensioni nanometriche, alla loro morfologia e costituzione chimica tali componenti mostrano delle qualità semiconduttrici.
I semiconduttori devono la propria importanza al fatto che la loro conduttività elettrica può essere influenza da stimoli (segnali) esterni (campi elettrici, flusso di fotoni etc.) rendendoli fondamentali per applicazioni nei campi dell’elettronica in particolare.
Lo stimolo esterno consente agli elettroni (responsabili della conduzione elettrica) di passare dalla cosiddetta banda di valenza (a più bassa energia) alla banda di conduzione saltando il cosiddetto band-gap (l’elettrone che salta il fosso è denominato eccitone) e lasciando dietro di sè una lacuna. La misura della “distanza media fra eccitone e lacuna” è legata al raggio di bohr dell’eccitone.
I quantum dots in riferimento alle dimensioni nanometriche 2-10 nm composti da pochissimi atomi (50-100) praticamente un’inezia, mostrano delle potenzialità superiori ai normali semiconduttori.
Maggiore flessibilità ed adattamento dovuta alla loro estrema sensibilità della frequenza d’emissione alle dimensioni e composizione.
La motivazione è da ricercare nell’insorgere, a tali dimensioni, di fenomeni di natura quantistica. Non credo di andare troppo lontano dall’idea di chi ha coniato il termine nel dire che quantum dots derivi per l’appunto dall’unione delle due caratteristiche: nanodimensioni ed effetti quantici.
Nei semiconduttori tradizionali con l’aumento della scala dimensionale dei cristalli, la differenza dei livelli energetici diviene impalpabile, quindi insensibili alla discretizzazione dei livelli energetici visto la minima differenza d’energia fra i livelli energetici (bulk properties) (mi scuso per la trivialità della spiegazione).
Nei Quantum Dots pur rimanendo i concetti di banda di valenza banda di conduzione e di band-gap, le dimensioni dei cristalli sono vicine o più piccole del raggio di bohr dell’eccitone, la discretizzazione dei livelli energetici diviene palpabile.
Tutto questo ha delle notevoli ripercussioni sulle proprietà del semiconduttore.
La cosa che rende questo tipo di semiconduttori unici è la possibilità di controllare il band-gap controllando la dimensione dei nano-cristalli. In considerazione poi del fatto che la frequenza d’emissione dipende dal medesimo band-gap è evidente come sia possibile controllare la lunghezza d’onda d’emissione con estrema precisione ed in ultima analisi controllare ad esempio a proprio piacimento “il colore della luce emessa” e la luce assorbita.
Infittendo l’interesse per la materia scoprii che c’era qualcos’altro.
In particolare fui colpito dai reiterati riferimenti ai nanocristalli e quantum dots. Ma cosa sono i quantum dots? Nanocristalli, nanoparticelle metalliche di rinforzo o cos’altro.
Cercherò di riportare brevemente quello che, nei limiti delle mie conoscenze e della mia capacità di comprensione ho appreso.
I quantum dots sono dei nanocristalli metallici. In dettaglio sono cristalli di ossidi, solfuri, selenuri (se così vogliamo chiamarli)etc. di metalli quali ad esempio il Cadmio, Zinco, Ferro.
In riferimento alle dimensioni nanometriche, alla loro morfologia e costituzione chimica tali componenti mostrano delle qualità semiconduttrici.
I semiconduttori devono la propria importanza al fatto che la loro conduttività elettrica può essere influenza da stimoli (segnali) esterni (campi elettrici, flusso di fotoni etc.) rendendoli fondamentali per applicazioni nei campi dell’elettronica in particolare.
Lo stimolo esterno consente agli elettroni (responsabili della conduzione elettrica) di passare dalla cosiddetta banda di valenza (a più bassa energia) alla banda di conduzione saltando il cosiddetto band-gap (l’elettrone che salta il fosso è denominato eccitone) e lasciando dietro di sè una lacuna. La misura della “distanza media fra eccitone e lacuna” è legata al raggio di bohr dell’eccitone.
I quantum dots in riferimento alle dimensioni nanometriche 2-10 nm composti da pochissimi atomi (50-100) praticamente un’inezia, mostrano delle potenzialità superiori ai normali semiconduttori.
Maggiore flessibilità ed adattamento dovuta alla loro estrema sensibilità della frequenza d’emissione alle dimensioni e composizione.
La motivazione è da ricercare nell’insorgere, a tali dimensioni, di fenomeni di natura quantistica. Non credo di andare troppo lontano dall’idea di chi ha coniato il termine nel dire che quantum dots derivi per l’appunto dall’unione delle due caratteristiche: nanodimensioni ed effetti quantici.
Nei semiconduttori tradizionali con l’aumento della scala dimensionale dei cristalli, la differenza dei livelli energetici diviene impalpabile, quindi insensibili alla discretizzazione dei livelli energetici visto la minima differenza d’energia fra i livelli energetici (bulk properties) (mi scuso per la trivialità della spiegazione).
Nei Quantum Dots pur rimanendo i concetti di banda di valenza banda di conduzione e di band-gap, le dimensioni dei cristalli sono vicine o più piccole del raggio di bohr dell’eccitone, la discretizzazione dei livelli energetici diviene palpabile.
Tutto questo ha delle notevoli ripercussioni sulle proprietà del semiconduttore.
La cosa che rende questo tipo di semiconduttori unici è la possibilità di controllare il band-gap controllando la dimensione dei nano-cristalli. In considerazione poi del fatto che la frequenza d’emissione dipende dal medesimo band-gap è evidente come sia possibile controllare la lunghezza d’onda d’emissione con estrema precisione ed in ultima analisi controllare ad esempio a proprio piacimento “il colore della luce emessa” e la luce assorbita.
Max S.T
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