Naučnici sa Univerziteta u Čikagu demonstrirali su način stvaranja infracrvene svetlosti pomoću koloidnih kvantnih tačaka. Istraživači su rekli da metoda pokazuje veliko obećanje; tačke su već efikasne kao i postojeće konvencionalne metode, iako su eksperimenti još uvek u ranoj fazi.
Tačke bi jednog dana mogle da budu osnova infracrvenih lasera, kao i malih i isplativih senzora, kao što su oni koji se koriste u testovima emisije izduvnih gasova ili alkometarima.
„Trenutno su performanse ovih tačaka bliske postojećim komercijalnim infracrvenim izvorima svetlosti i imamo razloga da verujemo da bismo to mogli značajno da poboljšamo“, rekao je Philippe Guiot-Sionnest, profesor fizike i hemije na Univerzitetu u Čikagu, član James Frank Institute, i jedan od tri autora rada objavljenog u Nature Photonics. „Veoma smo uzbuđeni zbog mogućnosti.“
Koloidne kvantne tačke su sićušni kristali – mogli biste da stavite milijardu u period na kraju ove rečenice – koji emituju različite boje svetlosti u zavisnosti od toga koliko ih napravite. Veoma su efikasni i laki za pravljenje i već se koriste u komercijalnoj tehnologiji; možda ste već kupili televizor sa kvantnim tačkama, a da to niste znali.
Međutim, te kvantne tačke se koriste za stvaranje svetlosti u vidljivoj talasnoj dužini – deo spektra koji ljudi mogu da vide. Ako ste želeli svetlost kvantnih tačaka u infracrvenoj talasnoj dužini, uglavnom niste imali sreće.
Ali infracrveno svetlo ima mnogo koristi. Posebno je veoma koristan za pravljenje senzora. Ako želite da znate da li štetni gasovi izlaze iz izduvnih gasova vašeg automobila, ili da proverite da li je vaš dah iznad dozvoljene granice alkohola, ili se uverite da gas metan ne izlazi iz vašeg postrojenja za bušenje, na primer, koristite infracrveno svetlo . To je zato što će različite vrste molekula svaki apsorbovati infracrveno svetlo na veoma specifičnoj talasnoj dužini, tako da ih je lako razlikovati.
„Dakle, isplativa i jednostavna metoda za pravljenje infracrvene svetlosti sa kvantnim tačkama može biti veoma korisna“, objasnio je Ksingju Šen, diplomirani student i prvi autor nove studije.
Infracrveni laseri se sada prave metodom koja se zove molekularna epitaksija, koja dobro funkcioniše, ali je intenzivna za rad i troškove. Naučnici su mislili da može postojati drugi način.
Guiot-Sionnest i njegov tim već godinama eksperimentišu sa kvantnim tačkama i infracrvenom tehnologijom. Nadovezujući se na svoje prethodne pronalaske, krenuli su da pokušaju da ponovo stvore „kaskadnu“ tehniku koja se široko koristi za pravljenje lasera, ali nikada nije postignuta sa koloidnim kvantnim tačkama.
U ovoj tehnici „kaskade“, istraživači pokreću električnu struju preko uređaja, koji šalje milione elektrona koji putuju preko njega. Ako je arhitektura uređaja tačna, elektroni će putovati kroz niz različitih energetskih nivoa, poput pada niza vodopada. Svaki put kada elektron padne niz energetski nivo, on ima priliku da emituje deo te energije kao svetlost.
Istraživači su se pitali da li bi mogli da stvore isti efekat koristeći kvantne tačke. Stvorili su crno „mastilo“ od triliona sićušnih nanokristala, raširili ga na površinu i poslali električnu struju.
„Mislili smo da će verovatno uspeti, ali smo bili zaista iznenađeni koliko dobro funkcioniše“, rekao je Gujot-Sionnest. „Odmah, od prvog puta kada smo ga probali, videli smo svetlost.“
U stvari, otkrili su da je metoda već efikasna kao i drugi, konvencionalni načini za proizvodnju infracrvene svetlosti, čak i u istraživačkim eksperimentima. Uz dalje petljanje, naučnici su rekli, metoda bi lako mogla da nadmaši postojeće metode.
Nadaju se da bi ovo otkriće moglo dovesti do znatno jeftinijih infracrvenih svjetala i lasera, što bi moglo otvoriti nove aplikacije.
„Mislim da je to jedan od najboljih primera potencijalne primene za kvantne tačke“, rekao je Guiot-Sionnest. „Mnoge druge primene bi se mogle postići sa drugim materijalima, ali ova arhitektura zaista funkcioniše samo zbog kvantne mehanike. Mislim da gura polje napred na zaista zanimljiv način.“
