تبلیغات

تبلیغات متنی

محبوبترینها

بارش‌های سیل‌آسا در راه است! آیا خانه شما آماده است؟

قیمت انواع دستگاه تصفیه آب خانگی در ایران

نمایش جنگ دینامیت شو در تهران [از بیوگرافی میلاد صالح پور تا خرید بلیط]

9 روش جرم‌ گیری ماشین لباسشویی سامسونگ برای از بین بردن بوی بد

ساندویچ پانل: بهترین گزینه برای ساخت و ساز سریع

خرید بیمه، استعلام و مقایسه انواع بیمه درمان ✅?

پروازهای مشهد به دبی چه زمانی ارزان می‌شوند؟

تجربه غذاهای فرانسوی در قلب پاریس بهترین رستوران‌ها و کافه‌ها

دلایل زنگ زدن فلزات و روش های جلوگیری از آن

خرید بلیط چارتر هواپیمایی ماهان _ ماهان گشت

آمار وبسایت

تعداد کل بازدیدها : 1836777714

معرفي نقاط كوانتومي،روش هاي سنتزوكاربردهايش

واضح آرشیو وب فارسی:فان پاتوق:

همان طور كه گفتيم نقاط كوانتومي دسته اي از نانوذرات مي باشند،يك نانوذره ،ذره اي است كه ابعاد آن در حدود مي باشد،درواقع با دسته اي از موادبا خواص به طور مشخص متفاوت از حجم شان وخواص (100nmتا1nm) مولكولي همتاي آن ها روبروهستيم.
دو ويژگي مهم نانو ذرات را از ديگرگروه هاي متمايز جدامي سازد:

افزايش نسبت سطح به حجم نانوذرات كه موجب مي شود اتم هاي واقع درسطح اثر بسيار بيشتري نسبت به اتم هاي درون حجم ذرات برروي خواص آن ها داشته باشد و همچنين تا ثيرات كوانتومي رابه عنوان ويژگي دوم مطرح مي شود. معرفي نقاط كوانتومي

نقطه كوانتومي يك ناحيه از بلورنيمه رسانا است كه الكترون ها،حفره ها ويا هردو آن ها را در سه بعد دربرمي گيرد.
هر سه بعد ماده در مقياس نانومتري قرار داردوويژگي اصلي اين نقاط انتشار نور است. ابعاد ،آن قدر كوچك هستندكه خواص ماده باقوانين فيزيك كلاسيك قابل توجيه نباشد و فقط فيزيك كوانتوم بتواند رفتار ماده را توجيه كند. نقاط كوانتومي، به خاطر كوچك بودنشان، دسته ي صربه.فردي از نيمه.رساناها به شمار مي.روند. اهميت نيمه.رسانا بودن نقاط كوانتومي در اين است كه رسانايي الكتريكي اين مواد را مي.توان با محرك.هاي خارجي مانند ميدان الكتريكي يا تابش نور تغيير داد، تا حدي كه از نارسانا به رسانا تبديل شوند و مانند يك كليد عمل كنند. اين خاصيت، نيمه.رساناها را به يكي از اجزاي حياتي انواع مدارهاي الكتريكي و ابزارهاي نوري تبديل كرده است. پهناي نقاط كوانتومي، بين 2 تا 10 نانومتر، يعني معادل كنار هم قرار گرفتن 10 تا 50 اتم است. در اين ابعاد كوچك، مواد رفتار متفاوتي دارند و اين رفتار متفاوت قابليت.هاي بي.سابقه.اي در كاربردهاي علمي و فني به نقاط كوانتومي مي.بخشد.

كوانتوم دات گاليم آرسنيد با465 اتم مطالعات درمورد ذرات كوانتومي درسال 1970 شروع شدودرسال 1980 اين گروه ازنانوذرات نيمه هادي توسط الكسي Ekimov به وسيله ماتريس وتوسط لوئيس E.Brusدرمحلول كلوئيدي ساخته شد وMark Reed اصطلاح "نقطه كوانتومي "را ابداع كرد. نقاط كوانتومي عملكرد بسيار جالبي دارد،به اين صورت كه قابليت جذب هرتعداد الكترون وارده را دارا مي باشند.بنابراين باوجود دارابودن يك هسته اتمي خا ص ،براساس الكترون هاي وارده به آن ها،خواص ورفتارمتفاوتي ازخودبروز مي دهند.بعنوان مثال،نقاط كوانتومي درحالت داشتن يك الكترون خصوصيات هيدروژن راداراهستند وبا داشتن 6الكترون منجربه توليد كربن مصنوعي وبا79الكترون منجر به توليد طلاي مصنوعي مي شوند.ضمنا اتمهاي مصنوعي بوجودآمده توسط اين سيستم قابليت پيوند باديگر اتم ها را دارا هستند كه اين مسئله منجر به توليد مولكول هاي مصنوعي ودرنهايت موادمصنوعي خواهد گرديد.
بررسي خواص نقاط كوانتومي

1. درنقاط كوانتومي الكترونها درست مثل وضعيت يك اتم ، موقعيت هاي گسسته اي از انرژي را اشغال مي كنند ونقاط كوانتومي شباهت زيادي به اتم هاي واقعي دارند،به همين علت در مكانيك كوانتومي به آن ها لفظ"اتم هاي مصنوعي"مي دهند.
2. نقاط كوانتومي طيف نشري نوري گسسته اي راكه مربوط به ترازهاي الكتروني گسسته(مانند اتم هاي واقعي)مي شودرادارا هستند.
3. نقاط كوانتومي نيمه رسانا زماني كه بااتم واقعي مقايسه مي شوند،ويژگي مشخصي دارند،تعداد الكترون هاي آزاد رامي توان به كمك ابزارخارجي تغييرداد.اين يك راه آسانتر براي دستيابي به اتم هاي مصنوعي با3،2،1،يا تعداد بيشتري الكترون مي باشد.بنابراين اضافه ويا كم كردن الكترون ها به ذرات كوانتومي طيف وسيعي ازموادمصنوعي رادراختياربشرقرار خواهد داد.با اين وجود نبايد فراموش كرد كه موادمصنوعي توليدشده توسط اين روش،خصوصيات مواد اصلي رابه تمامي دارا نخواهند بود.به نظر مي رسد كه سرانجام مواد ساخته شده، درواقع متشكل از نانوربا ت هايي خواهند بود كه از لحاظ ظاهري وعملكرد،تحت فرمان انسان قرارخواهند گرفت.

4. يكي از خاصيت هاي مهم نقاط كوانتومي نيمه رسانا منبع كلومبي مي باشد .اين بدين معناست كه اگر سدهاي تونل زني يك نقطه به اندازه كافي بالا باشد ،به انرژي خارجي براي تزريق يك الكترون اضافه به داخل نقاط كوانتومي نيمه رسانا نياز است.
5. همه نيمه رسانا شامل تعدادي نوار انرژي هستند. هر نوار انرژي نيز داراي تعدادي تراز انرژي است درواقع بازة مشخصي از انرژي را دارا مي باشد. وقتي يك الكترون انرژي متفاوتي از الكترون ديگر دارد، گفته مي.شود كه در يك تراز انرژي متفاوت قرار دارد. خاصيت ذاتي الكترون.ها باعث مي.شود كه بيش از دو الكترون نتوانند در هر تراز انرژي قرار بگيرند. در يك تودة بزرگ از مادة نيمه.رسانا(حالت bulk )، ترازهاي انرژي بسيار نزديك هم هستند؛ آن.قدر نزديك كه به صورت يك بازة پيوسته توصيف مي .شوند، يعني تفاوت انرژي دو تراز مجاور در حدّ صفر است. بين نوارهاي انرژي، فاصله.اي (شكاف ،گپ )وجود دارد كه هيچ الكتروني نمي.تواند درون آن قرار گيردوالكترون ها مجاز به داشتن انرژي در اين فاصله نيستند، اين فاصله را گاف انرژي مي.گوييم. الكترون.هايي كه ترازهاي پايين گپ را اشغال مي.كنند «الكترون.هاي ظرفيت در باند ظرفيت» و الكترون.هاي ترازهاي بالاي گپ «الكترون.هاي رسانش در باند رسانش» ناميده مي.شوند.

در مواد نيمه.رسانا به حالت توده.اي (حالت bulk )، درصد بسيار كمي از الكترون.ها در نوار رسانش قرار مي.گيرند و بيشتر الكترون.ها در نوار ظرفيت قرار مي.گيرند، به طوري كه آنها را تقريباً پر مي.كنند. همين پديده باعث مي.شود كه موادّ نيمه.رسانا در حالت عادي (غير برانگيخته) نارساناي جريان الكتريكي باشند. اگر الكترون.هاي بيشتري بخواهند در باند رسانش قرار گيرند، بايد انرژي كافي براي بالارفتن از گپ انرژي دريافت كنند. تحريك با نور، ميدان الكتريكي يا گرما مي.تواند تعدادي از الكترون.ها را از نوار ظرفيت به نوار رسانش بفرستد. در اين حالت، تراز ظرفيتي كه خالي مي.شود، «حفره» نام دارد، زيرا در طي اين رويداد، يك حفرة موقت در نوار ظرفيت به وجود مي.آيد.
تحريكي كه باعث جهش الكترون از نوار ظرفيت به نوار رسانش و ايجاد حفره مي.شود، بايد انرژي.اي بيش از پهناي گپ داشته باشد. انرژي پهناي گپ در نيمه.رساناهاي توده.اي، مقدار ثابتي است كه تنها به تركيب آن مواد بستگي دارد. الكترون.هايي كه به نوار رسانش برانگيخته شده.اند، بعد از مدتي دوباره با از دست دادن انرژيِ ، به نوار ظرفيت برمي.گردند.و بدين ترتيب، انرژي را به صورت پرتوهاي نور مرئي (يا همان فوتون) ساطع مي.كنند. هر چه گاف انرژي بزرگ.تر باشد، انرژي پرتوهاي نور مرئي كه از جسم ساطع مي.شود، بيش.تر است و پرتوهاي نور مرئي به سمت رنگ آبي تمايل مي.يابند. در مقابل، هر چه گاف انرژي كوچك.تر باشد، انرژي پرتوهاي نور مرئي كه از جسم ساطع مي.شود، كم.تر است و پرتوهاي نور مرئي به سمت رنگ قرمز تمايل مي.يابند. از آنجا كه گاف انرژي نيمه.رسانا كاملاً معين است، نور تنها در طول موج معيني تابش مي.شود.

در نقاط كوانتومي همان طور كه در بالا گفتيم، انرژي.هاي مجاز پيوسته نيستند و بين هر دو تراز انرژي فاصله مي.افتد. تحت اين شرايط، مادة نيمه.رسانا ديگر خاصيت.هاي حالت توده.اي خود را از دست مي.دهد. اين اختلاف تأثير زيادي روي شرايط جذب يا تابش نور در نيمه.رسانا دارد.
از آنجا كه ترازهاي انرژي در نقاط كوانتومي ديگر پيوسته نيستند، كاستن يا افزودن تعدادي اتم به نقطه كوانتومي، باعث تغيير در حاشيه گاف انرژي مي.شود. تغيير نحوه چيده شدن اتم.ها در سطح نقطه كوانتومي هم باعث تغيير انرژي گاف مي.شود، كه باز هم به دليل اندازه بسيار كوچك اين نقاط است. اندازه گاف انرژي در نقطه كوانتومي هميشه بزرگتر از حالت توده ماده است. يعني الكترون.ها براي جهش از روي گاف، بايد انرژي بيشتري آزاد كنند. بنابراين، نور تابش.شده هم بايد طول موج كوتاه.تري داشته باشد، يا به اصطلاح، انتقال به آبي يافته باشد. اين خاصيت باعث ايجاد قابليت تنظيم طول موج تابشي، و در واقع انتخاب رنگ دلخواه براي نقاط كوانتومي مي.گردد.
6- رفتار نوري نقاط كوانتومي بدين ترتيب است كه با تاباندن پرتوي فرا بنفش به آن.ها، نور مرئي با طول موج.هاي گوناگون از آن.ها ساطع مي.شود. طول موج نوري كه از نقاط كوانتومي ساطع مي.شود به اندازه.ي نقاط كوانتومي بستگي دارد.
هر چه نقاط كوانتومي كوچك.تر باشند، فاصله.ي بين نوارهاي انرژي در آن بيش.تر است و هر چه نقاط كوانتومي بزرگ.تر باشند، فاصله.ي بين نوارهاي انرژي در آن كم.تر است.. پس در نقاط كوانتومي كوچك.تر، گاف انرژي بزرگ .تر است و در نقاط كوانتومي بزرگ. تر، گاف انرژي كوچك. تر است.

بنابراين، با تاباندن پرتوي فرا بنفش به نقاط كوانتومي كوچك.تر، الكترون.هايي كه به نوار انرژي بالاتر مي.روند، هنگام از دست دادن انرژي اضافي و بازگشت به حالت پايدار، گاف انرژي بزرگ.تري را طي مي.كنند و لذا پرتوي نور مرئي.اي كه ساطع مي.كنند داراي انرژي بيش.تر، و متمايل به رنگ آبي است. هم.چنين با تاباندن پرتوي فرا بنفش به نقاط كوانتومي بزرگ.تر، الكترون.هايي كه به نوار انرژي بالاتر مي.روند، هنگام از دست دادن انرژي اضافي و بازگشت به حالت پايدار، گاف انرژي كوچك.تري را طي مي.كنند و لذا پرتوي نور مرئي.اي كه ساطع مي.كنند داراي انرژي كم.تر بوده، و متمايل به رنگ قرمز است.

با افزايش اندازه نقاط كوانتومي به سمت رنگ قرمز (طول موج هاي بيشتر) متمايل مي شويم
7. يك نقطه كوانتومي داراي شكل هاي مكعبي ريز،استوانه اي كوتاه يا كره اي با ابعاد كوچك نانومتري مي باشد وقتي ابعاد كوچك مي شود ،ازجابه جايي الكترون ها جلوگيري مي شود وآن ها محدوديت راتجربه خواهند كرد.نقاط كوانتومي محدوديت رادرهرسه بعد فضايي اش نشان مي دهدوبنابراين درآن هيچ جابه جايي وجود ندارد.
انواع مختلف نقاط كوانتومي
موادي از قبيل سولفيد سرب،سولفيد روي،فسفات اينديوم،آرسنيك اينديوم،تلوريد كاد ميوم،سلنيد كادميوم،سولفيد كادميوم هستند كه اين مواد بسته به اندازه وطول موج معيني از نور،پس از تحريك الكترونها با استفاده از يك منبع خارجي از خود نور ساطع مي كنند.

(كوانتوم دات سيليكون)

(كوانتوم دات PbSe)

AFMتصوير ميكروسكوپ نيروي اتمي كوانتوم دات آرسنيك اينديوم
برخي نقاط كوانتومي نيزبه صورت ساختارهاي هسته- پوسته هستند؛نظير نقاط كوانتومي cdse(سلنيد كادميوم) كه در هسته قرار داشته وبه وسيله پوسته اي از جنس zns(سولفيد روي) پوشيده مي شود و توانايي نشر نور به رنگهاي مختلف را دارد.ويا از فرمهاي ويژه اي از سيليكا به نام ormosil كه هسته وپوسته به وسيله لايه اي پليمري پوشيده مي شوند.

ormosil

روشهاي ساخت نقاط كوانتومي

براي ساختن نقاط كوانتومي ميتوان هم از روشهاي بالا به پايين و هم از روشهاي پايين به بالا استفاده كرد.مزيت استفاده از روشهاي پايين به بالا امكان توليد انبوه و ارزان نقاط كوانتومي را ايجاد مي كند و مزيت استفاده از روشهاي بالا به پايين امكان كنترل بيشتر محل اين نانوذرات و جاسازي آنها درون مدارهاي الكترونيكي يا ابزارهاي آزمايش مي باشد. بطور كلي روشهاي سنتز نقاط كوانتومي شامل

1. سنتز كلوئيدي
2. فراوري
3. خود آرايي ويروسي
4. خود آرايي الكترو شيميايي
5. نقاط كوانتومي بدون كادميوم

سنتزكلوييدي

در سنتز كلوئيدي نمكهاي فلزي به صورت محلول تحت شرايط كنترل شده،به حالت بلوري در مي آيند. سنتزنقاط كوانتومي كلوئيدي در سيستمي سه جزئي متشكل از پيش سازها،سورفكتانت آلي وحلال(سورفكتانتها موادي آلي هستند كه يكسرقطبي( آب گريز) و يك سر غير قطبي ( آب دوست) دارند. سر قطبي محلول در آب است،اما سر غير قطبي در آب حل نمي شود و به همين علت اين مواد هميشه به سطح آب مي آيند و چون سطح آب محدود آست،اين ملكولها يك لايه ي نازك بهم فشرده ومنظم را تشكيل مي دهند.به اين خاصيت"خود ساماندهي"مي گويند.انواع مواد شوينده از اين نوع اند در مواد شوينده سر غير قطبي به چربيها وروغنها مي چسبد و در نتيجه مي توانيم آنها را با آب بشوييم)مهمترين مرحله در اين روش جلوگيري از بزرگ شدن بيش از حد مطلوب اين بلورهاي نانومتري است كه با تغيير دما يا افزودن مواد خاتمه.دهنده واكنش يا تثبيت.كننده.ها صورت مي.گيرد. در اين حالت، براي جلوگيري از به.هم.پيوستن ذرات كوانتومي، آنها را با يك لايه از سورفَكتنت.ها مي.پوشانند. هر چه مراحل سنتز دقيق.تر كنترل شوند ذرات يكنواخت.تري به وجود مي.آيند. روش فرآوري

نقاط كوانتومي به صورت نقطه به نقطه روي سطوح سيليكون حك مي.شوند. اين كار با استفاده از ليتوگرافي پرتو الكتروني يا ليتوگرافي قلم آغشته در ابعاد بسيار ريز امكان.پذير است. در اين حالت، مي.توان به.دقت محل قرارگيري نقاط كوانتومي را كنترل كرد و با طراحي مدارهاي مناسب در اطراف آنها، بين يك يا چند نقطة كوانتومي با دنياي ماكروسكوپي ارتباط برقرار نمود.

روش خودآرايي ويروسي

دراين روش ،ويروس هايي كه به طريق ژنتيكي دستكاري مي شوند مي توانند سطوح نيمه هادي بخصوص نيمه هادي هايي نظيرZns راازطريق روش هاي انتخابگري شناسايي كنند واطراف اين نيمه هادي آرايش يابند وبدين ترتيب نقاط كوانتومي اي كه سنتز مي شوند ،از نظر باكتري وفازهاي نوتركيب بسيار متنوع هستند.
روش خود آرايي الكترو شيميايي
اين روش براساس نشاندن لايه هاي نازك برروي سطوح نيمه هادي صورت مي گيردويكي از روش هاي پايين به بالا براي ساختن نقاط كوانتومي است. روش سنتز نقاط كوانتومي بدون كادميوم

اين روش بدين خاطرمورد توجه قرارگرفته است كه استفاده از فلزات سنگين نظير كادميوم درساخت وسايل مورد نيار ممنوع است زيرا باعث توليد گازهاي گلخانه اي مي شود.بنابراين جهت بقاي تجاري ،سنتز نقاط كوانتومي كه فاقد فلزات سنگين باشند،مورد توجه است. كاربردهاي نقاط كوانتومي

كاربرد نقاط كوانتومي در پزشكي

انتشار نور توسط نقاط كوانتومي در تشخيصهاي پزشكي كاربردهاي فراوان دارد.اين نقاط به صورت برچسب فلوئورسانتي عمل مي كنند.با اين تفاوت كه در برابر درخشان شدن،خاصيت وتوانايي خود را از دست نمي دهندو در برابر تعداد سيكلهاي تحريك وانتشار نور مقاومت بيشتري از خود نشان مي دهند.

در واقع نقاط كوانتومي با تحريك الكتريكي يا توسط گستره وسيعي از طول موجها در فركانسهاي كاملا مشخص به فلوئور سانس مي پردازند،به اين شكل كه فركانسي از نور را جذب كرده ودر فركانس مشخص(كه تابع اندازه آنهاست) به نشر نور مي پردازند.اين ذرات همچنين مي توانند بر حسب ولتاژاعمال شده،به انعكاس ،شكست يا جذب نور بپردازند. نقاط كوانتومي مي توانند به گونه اي تنظيم شوند كه در رنگ هاي مختلف با يك طول موج نور معين بدرخشند. به عبارتي مي توانيم نقاط كوانتومي را بسته به فركانس مورد نياز نور انتخاب كنيم و باعث شويم تا يك گروه از نقاط كوانتومي مشابه گروه ديگري با يك طول موج بدرخشند. اين امر به برچسبهاي چندگانه امكان مي دهد تا با استفاده از يك منبع نور وارد رديابي شوند.

امروزه در پزشكي از نقاط كوانتومي در تشخيص مرز واقعي بين سلولهاي سالم وسلولهاي تومور در مغز مي پردازند. تيمي از محققان اعلام داشته اند كه نقاط كوانتومي در هنگام تزريق به حيوانات مبتلا به تومور مغزي در محل تومور تجمع مي كنند.اين نقاط قابل رويت هستند و حتي زمانيكه تحت تابش قرار نمي گيرند نيز مرئي مي باشند. زماني كه نور آبي يا نور ماوراي بنفش به آنها تابانده مي شود از خود نور فلوئورسانس قرمز ساطع مي كنند. محقق اين نور را با استفاده از دوربين هاي ديجيتالي ويژه ، وسايل اسپكتروسكوپي اپتيكي يا ميكروسكوپ فلوئورسانس ميدان تاريك دريافت مي كنند و بدين ترتيب مكان دقيق تومور و حدفاصل آن با بافت سالم را تعيين مي.كنند.

اين نقاط دردرمان ناباروري بويژه در مردان نيزكاربرددارند ،به اين صورت كه درمردان نابارور بااستفاده ازنانوربات هاي سيال وباكمك نقطه كوانتومي اسپرم رابه درون تخمك منتقل كرده وباروري موفقي راباوجودتعداد كم اسپرم يا اسپرم هاي ناتوان ايجاد خواهدكرد.
نقاط كوانتومي براي كشف سلول هاي سرطاني در كل بدن ودرمان سرطان نيزكاربرد دارند،به اين صورت كه اين نقاط رادر كپسول هاي پليمري قرار مي دهند وبا هدف رساندن آن به سلول سرطاني ورساندن دارو به منطقه هدف، براي درمان سلول موردنظر كاربرد دارندويكي اززمينه هاي بسيارجديد درتحقيقات ، چگونگي دريافت اطلاعات موردنظرازمولكول ها وسلول ها به وسيله كوانتوم دات ها است.

نشانگرهاي بيولوژيكي

امكان تابش در فركانس.هاي مطلوب، نقاط كوانتومي را ابزاري كارآمد براي نشانه.گذاري و تصويربرداري از سلول.هاي موجودات زنده ساخته است. مي.توان نقاط كوانتومي را به انتهاي بيومولكول.هاي بزرگ مانند پروتئين.ها يا رشته.هاي DNA متصل كرد و از آنها براي شناسايي و رديابي بيماري.هاي درون بدن موجودات زنده استفاده كرد.

تنوع طول موج.هاي تابش نقاط كوانتومي اين امكان را فراهم آورده است كه همزمان چندين نشانگر را در اجزاي سلول زنده به كار برد و از نحوه و ميزان برهمكنش آنها مطلع شد. پيش از اين از مولكول.هاي رنگي براي اين كار استفاده مي.شد كه تنوع كمتري از نقاط كوانتومي از نظر رنگ. دارند و بيشتر باعث اختلال در فعاليت سلول.هاي زنده مي.شوند و براي به.كارگيري در درون بدن موجودات زنده مناسب نيستند. درواقع نشاندار كردن سلولها تكنيكي است كه با استفاده از چندين رنگ جهت مشاهده ساختارهاي سلولي نظير پروتئينهاي اسكلت سلولي ويا اندامك هاست .
كامپيوتر هاي كوانتومي

ازنقاط كوانتومي مي.توان براي نمايش يك بيت كوانتومي- يا كيوبيت- در يك كامپيوتركوانتومي استفاده كرد.درواقع كامپيوتر كوانتومي دستگاهي است كه يك پديده ي فيزيكي را بر اساس قوانين مكانيك كوانتومي به صورت منحصر به فردي در مي آورد تا به صورت اساسي يك حالت جديداز پردازش اطلاعات را تشخيص دهد.در مطلبي به طور جداگانه به بررسي كامپيوتر هاي كوانتومي مي پردازيم.
ديودهاي نوراني سفيد

قابليت تنظيم اندازة گپ انرژي با نقاط كوانتومي، اين قابليت را در اختيار ما مي.گذارد كه آنها را به عنوان ديود نوراني به كار بگيريم. به اين ترتيب، مي.توان به بازه بيشتري از رنگ.ها دست يافت و منابع نور با كارآيي بسيار بالا ايجاد كرد. همچنين با تركيب نقاط كوانتومي با ابعاد مختلف، مي.توان منابع پربازده براي توليد نور سفيد ايجاد كرد، زيرا همة آنها را مي.توان از يك طريق برانگيخت.
مي.دانيم كه نور سفيد را مي.توان به نورهايي با رنگ.هاي مختلف تجزيه كرد؛ مانند همان چيزي كه در رنگين.كمان مشاهده مي.كنيم. معكوس اين حالت هم امكان.پذير است، يعني مي.توان با تركيب سه پرتو نوري يا بيشتر، با طول موج.هاي مختلف، نوري توليد كرد كه سفيد به نظر بيايد. با آنكه نقاط كوانتومي در ابعاد مختلف طول موج.هاي مختلفي تابش مي.كنند، اما همة آنها را مي.توان با يك پرتو نور داراي طول موجي در محدودة ماوراي بنفش تحريك كرد. درست مانند شكل (ارلن.هاي رنگي) كه همة محلول.ها تحت تابش يك منبع قرار دارند.

حال اگر سه تا از اين محلول.ها، و حتي بيشتر، را مخلوط كنيم، با جذب نور ماوراي بنفش، نور سفيدرنگي از خود ساطع مي.كنند. چون طيف تابشي نقاط كوانتومي بسيار باريكتر از لامپ.هاي التهابي است، ديگر اتلاف انرژي به صورت نور مادون قرمز، كه در روشنايي لامپ بي.تأثير است، وجود ندارد. در نتيجه، منبع نور سفيد با بازدهي بسيار بيشتري خواهيم داشت.
كاربرد نقاط كوانتومي درسا خت آشكارسازهاي مادون قرمز
با كنترل ابعاد نقاط كوانتومي، ميدان الكترومغناطيسي ،نور را دررنگها و طول موجهاي مختلف، منتشرمي كند. به عنوان مثال، نقاط كوانتومي از جنس آرسنيدكادميوم با ابعاد 3 نانومتر نور سبز منتشر مي كند؛ درحالي كه ذراتي به بزرگي 5/5 نانومتر از همان ماده نور قرمز منتشرمي كند. به دليل قابليت توليد نور در طول موجهاي خاص نقاط كوانتومي ، اين بلورهاي ريز در ادوات نوري به كارمي روند. دراين عرصه از نقاط كوانتومي در ساخت آشكارسازهاي مادون قرمزو ديودهاي انتشار دهنده ي نورمي توان استفاده نمود. آشكارسازهاي مادون قرمز از اهميت فوق العاده اي برخوردارند. مشكل اصلي اين آشكارسازها مسئله ي خنك سازي آنهاست. براي خنك سازي اين آشكارسازها از اكسيژن مايع وخنك سازي الكترونيكي استفاده مي شود. اين آشكارسازها براي عملكرد صحيح بايد دردماهاي بسيار پائين، نزديك به 80 درجه كلوين كاركنند، بنابراين قابل استفاده در دماي اتاق نيستند، درصورتي كه از آشكارسازهاي ساخته شده با استفاده از نقاط كوانتومي مي توان به راحتي در دماي اتاق استفاده كرد. اتم.هاي مصنوعي

باردار كردن نقاط كوانتومي، به علت كوچكي، به سادگيِ باردار كردن اجسام بزرگ نيست. براي اضافه كردن هر الكترون به يك نقطة كوانتومي، بايد بر انرژي الكترواستاتيك بين الكترون.هاي روي نقطة كوانتومي غلبه كرد. اين كار را با اِعمال ميدان الكتريكي انجام مي.دهند. الكترون.هايي كه به نقاط كوانتومي اضافه مي.شوند، در ترازهاي گسستة انرژي قرار مي.گيرند. اين ترازها شبيه ترازهاي مختلف اتم.هاي عناصرند. به همين علت، به اين نقاطِ كوانتومي باردارشده «اتم.هاي مصنوعي» مي.گويند كه خواصي متفاوت از اتم.هاي عناصر طبيعي دارند. اين اتم.ها، امروزه موضوع تحقيقات وسيعي هستند و تعدادي از آنها به نام اولين كسي كه اين آزمايش.ها را رويشان انجام داده، نامگذاري شده است.
عناصر مدارهاي نوري
يكي از اصلي.ترين چالش.هاي صنعت ارتباطات، سرعت انتقال داده.هاست كه در حال حاضر به علت محدوديت طبيعيِ نيمه.رساناهاي توده.اي در جذب و پاسخ به سيگنال، نمي.تواند بيشتر از اين شود. قابليت تنظيم انرژي گپ و به تبع آن طيف جذبي و خواص ويژة نقاط كوانتومي، مي.تواند بر اين مشكل فائق آيد. نقاط كوانتومي همچنين قابليت ايجاد ليزرهاي كارآمدتر با اغتشاش كمتر براي ارتباطات سريع.تر را فراهم مي.كنند.
سلول هاي خورشيدي
در نبود سوخت.هاي فسيلي، يكي از منابع مهم توليد انرژي الكتريكي، تابش خورشيد است. به دليل افزايش نياز بشر به منابع انرژي پاك، صنعت توليد سلو لهاي خورشيدي با سرعت بسياري در حال گسترش است.مشكل اصليِ سلول خورشيدي كنوني، هزينة بالا و كارآيي كمِ آنهاست. سلول.هاي خورشيدي از موادّ نيمه.رسانا تشكيل شده.اند كه با جذب نور خورشيد، الكترون.ها را به ترازهاي باند رسانش هدايت مي.كنند و به نحوي باعث ايجاد نيروي محركة الكتريكي مي.شوند. بازدهي سلول.هاي خورشيدي توسط طيف جذبي آنها كه جزو خواص ذاتي نيمه.رساناهاي توده.اي است تعيين مي.شود.

سلو لهاي خورشيدي سيليكوني متعارف توانايي لازم براي تبديل تمام انرژي فوتو نهاي جذب شده به الكترو نها وحفر ه هاي آزاد و در نهايت توليد الكتريسيته را ندارند. از سوي ديگر، به علت قيمت بالاي مواد خام نيمه هادي و نيز فرآيندهايي كه براي تبديل مواد خام به سلو لهاي كاربردي نياز است هزينه ي توليد اين سلو لها بسيار بالا است. نقاط كوانتومي انقلابي را در توليد سلو لهاي خورشيدي ارزا ن قيمت با بازد هي بالا آغاز كرده است. انواع مختلف نقاط كوانتومي كه به منظور تطبيق يافتن و جذب نور طيف خورشيد طراحي شده اند را مي توان در يك سلول خورشيدي گردآوري نمود .نقاط كوانتومي باا ستفاده ا زا ندازه منحصربه فردشان از قابليت هاي مهمي براي برقراري تعامل نوري بامنبع نور برخوردار هستند. در سيليكو نها، يك فوتون نوري، يك الكترون از مدار اتم رها مي سازد. دراواخر دهه 90 ميلادي آرتور نوزيك از محققان ارشد آزمايشگاه ملي منابع تجديدپذير انرژي در كلورادوي آمريكا بر اين فرض بود كه نقاط كوانتومي مواد خاص نيمه هاد يها هستند كه مي توانند به هنگام برخورد با فوتو نهاي داراي سطح انرژي بالا دو يا تعداد بيشتري الكترون آزاد كنند. اين فرآيند را در پايانه هاي فو ق بنفش و آبي طيف رنگي نيز مشاهده ميكنيم.در واقع با طراحي نقاط كوانتومي كه بيشتر همپوشاني را در طيف جذبي با طيف نور خورشيد داشته باشند، مي.توان بازدهي سلول هاي خورشيدي را تا بيش از 90 درصد افزايش داد.

ليزرهاي نقطه كوانتومي

واژه" ليزر" اختصاري براي عبارتي است به معناي " تقويت نور به وسيله ي گسيل برانگيخته نور"است .نورگسيل شده ازيك ليزرهم تكفام (تك طول موج )وهم همدوس (هم فاز ) مي باشد .ليزرهاي نقطه كوانتومي،يكي از انواع ليزرهاي نيمه رسانا هستند. نقاط كوانتومي به علت محدوديت حامل هاي بار وطيف نوري نشري گسسته كه مربوط به ترازهاي الكتروني گسسته مي باشد ، ساختار الكترونيكي شبيه به اتم واقعي از خود به نمايش مي گذارند.
از مزاياي اين ليزرها :1. بهبود پهناي باند مدولاسيون
2. جريان آستانه پايين
3. بهبود پارامتر پهناي خط
4. حساسيت كم به دما را مي توان نام برد

ناحيه فعال نقطه كوانتومي مي تواند مهندسي شود تا يك طول موج خاص را منتشر سازد،اين كار بوسيله سايز نقطه كوانتومي و ميزان تركيب در آن كنترل مي شود.كارايي ليزرهاي نقطه كوانتومي بسيار بيشترازليزرهاي معمولي است.

منبع: تبيان
نويسنده: مريم نايب زاده

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: فان پاتوق]

[مشاهده در: www.funpatogh.com]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 3975]