02 ديسمبر 2022 (أضواء Nanowerk) اتحاد من المجموعات البحثية بقيادة البروفيسور بريستون سني من جامعة إلينوي في قسم الكيمياء بشيكاغو مع البروفيسور هاو يانغ حقق برينستون علامة فارقة في تركيب المواد النانوية الضوئية متعددة الوظائف. أبلغوا عن توليف النقاط الكمومية CdZnSe / CdS لقشرة أشباه الموصلات العملاقة (gQDs) مع أعمار انبعاثية محطمة للأرقام القياسية. علاوة على ذلك ، يمكن ضبط العمر من خلال إجراء تعديل بسيط على الهيكل الداخلي للمادة. يتم تحقيق ذلك عن طريق إثارة جسيم CdZnSe / CdS بقطر ∼20 نانومتر (الأشكال 1 أ ، ب) مع الضوء لوضعه في حالة "الإكسيتون". الإكسيتون هو زوج شحنة إلكترون / ثقب ، وفي المواد الجديدة ينزاح الإلكترون من المركز إلى الغلاف حيث يصبح محاصرًا لما يزيد عن 500 نانوثانية كما هو موضح في الشكل 1 ج. يمثل عمر الانبعاث هذا الرقم القياسي لمثل هذه المواد النانوية كما تم الإبلاغ عنه مؤخرًا في المجلة نانو رسائل ("الأسطح المكافئة المحتملة تعمل على توطين ناقلات الشحن في نقاط الكم الغروية" العملاقة "طويلة العمر وغير المتوهجة") من قبل المؤلف الأول للدراسة الدكتور مارسيل بالماي.
الشكل 1. (أ) النقاط الكمومية CdZnSe / CdZnS لها بنية داخلية معقدة تفصل الإلكترون عن المركز ، مما يطيل العمر. (ب) تساعد تحليلات TEM في تمييز التركيبة التي تتكون من قلب داخلي غني بسيلينيد الزنك وقذيفة خارجية من كبريتيد الكادميوم. (C) يكشف الانبعاث الذي تم حله بمرور الوقت عن قابلية الانضباط عن طريق ضبط حجم قلب CdZnSe ، لتحقيق عمر يمكن أن يكون أكبر بمقدار 10 مرات مقارنة بالمواد التقليدية المماثلة. (الصورة مقدمة من الباحثين) باعتبارها مواد انبعاثية ، فإن النقاط الكمومية تبشر بإنتاج المزيد من شاشات العرض الموفرة للطاقة ويمكن استخدامها كمجسات فلورية للبحوث الطبية الحيوية نظرًا لخصائصها الضوئية القوية للغاية. إنها أكثر امتصاصًا من 10 إلى 100 مرة من الأصباغ العضوية ، كما أنها غير منفذة لتبييض الصور ، وهذا هو سبب استخدامها في تلفزيون QLED الجديد من سامسونج. يمكن ضبط الطول الموجي للانبعاث عن طريق تغيير حجم الجسيم حيث أن QDs الأكبر تكون أكثر احمرارًا من تلك الأصغر ذات اللون الأزرق. هذا هو نتيجة مبدأ هايزنبرغ الميكانيكي الكمومي. من المهم أيضًا ضبط عمر الانبعاث ؛ ومع ذلك ، ظل مثل هذا العرض بعيد المنال حتى عام 2003 ، عندما أنشأت مجموعة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بنية غير متجانسة من أشباه الموصلات ذات النقاط الكمومية والتي أظهرت هذه القدرة (مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية, "النقاط الكمية من النوع الثاني: CdTe / CdSe (Core / Shell) و CdSe / ZinTe (Core / Shell) Heterostructures"). كما هو الحال في المثال الحالي ، تم تحقيق ذلك من خلال فصل حاملات شحنة الإلكترون والثقوب على الرغم من أن العمر كان مرتبطًا ارتباطًا وثيقًا بطول موجة الانبعاث. على هذا النحو ، لا يمكن ملاحظة الأعمار الطويلة إلا في QDs الأكثر احمرارًا. في النظام الجديد الذي أبلغ عنه Pálmai et al. تمكن الباحثون من التحايل على هذه المشكلة لإنتاج مادة يمكن أن تنبعث في أي طول موجي مرغوب فيه وبأي عمر محدد.
الشكل 2. (أ) البيانات الضوئية والصور الفلورية للنقاط الكمومية "العملاقة" القابلة للضبط مدى الحياة. (ب) لا يُظهر المسار النموذجي لانبعاث الجسيم الفردي من النوع الثاني CdZnSe / CdS gQDs أي سلوك وامض. (الصورة مقدمة من الباحثين) أنجز اتحاد UIC - Princeton هذا المستوى العالي من ضبط الخصائص من خلال التلاعب بأحد جوانب ميكانيكا الكم غالبًا ما يتم تدريسه في المستوى الجامعي. على وجه التحديد ، إذا أصبحت الدالة الموجية للإلكترون الميكانيكي الكمومي `` متعرجة '' ، فإن الطاقة الحركية للجسيم تزداد. وبالتالي ، Pálmai et al. تم تصميم هياكل غير متجانسة لأشباه الموصلات ذات النقاط الكمومية مع تدرج في الإمكانات الأساسية للإلكترون ينتهي بانقطاع حاد عند حدود القلب / الغلاف كما هو موضح في الشكل 1 أ. يؤدي هذا إلى إجبار الإلكترون على التمركز في مركز QD باستخدام دالة موجية "متموجة" ذات طاقة حركية عالية ، أو أن يتم عزله في القشرة بوظيفة موجية ذات طاقة حركية منخفضة مسطحة. نظرًا لأن الإلكترون يفضل الأخير ، فقد نجحت المجموعة في توطين الإلكترون دون تغيير الطول الموجي لانبعاث gQD بالضرورة. تتمتع هذه الجسيمات الجديدة بفعالية كبيرة في الاكتشاف البيولوجي الأساسي. CdZnSe / CdS gQDs المقدمة في ورقتهم (مجلة الفيزياء الكيميائية, "الاستفادة من معلومات مدى الحياة لإجراء تتبع ثلاثي الأبعاد في الوقت الفعلي لجسيم واحد في البيئات الصاخبة") تنبعث بأطوال موجية حمراء (الشكل 2 أ) ، مما يقلل من التشتت ، بينما تسمح الأعمار الطويلة بالتصوير البيولوجي مع ضوضاء أقل في الخلفية. على مستوى الجسيم الفردي ، تنبعث gQDs الجديدة بشكل مستمر كما هو موضح في الشكل 2 ب ، لذلك يمكن لعالم البحث وضع علامة على البروتينات ذات الصلة بالسرطان ومتابعة الديناميات البيولوجية دون فقدان مسار الإشارة التي تمثل حاليًا مشكلة شائعة مع مثل هذه الدراسات. تخطط المجموعة للمستقبل لإثبات أن المواد تشكل مكونات جيدة للأجهزة البصرية مثل الليزر بحجم ميكرون.
مقدمة من جامعة إلينوي في شيكاغو باعتبارها حصرية من نانويرك
الشكل 1. (أ) النقاط الكمومية CdZnSe / CdZnS لها بنية داخلية معقدة تفصل الإلكترون عن المركز ، مما يطيل العمر. (ب) تساعد تحليلات TEM في تمييز التركيبة التي تتكون من قلب داخلي غني بسيلينيد الزنك وقذيفة خارجية من كبريتيد الكادميوم. (C) يكشف الانبعاث الذي تم حله بمرور الوقت عن قابلية الانضباط عن طريق ضبط حجم قلب CdZnSe ، لتحقيق عمر يمكن أن يكون أكبر بمقدار 10 مرات مقارنة بالمواد التقليدية المماثلة. (الصورة مقدمة من الباحثين) باعتبارها مواد انبعاثية ، فإن النقاط الكمومية تبشر بإنتاج المزيد من شاشات العرض الموفرة للطاقة ويمكن استخدامها كمجسات فلورية للبحوث الطبية الحيوية نظرًا لخصائصها الضوئية القوية للغاية. إنها أكثر امتصاصًا من 10 إلى 100 مرة من الأصباغ العضوية ، كما أنها غير منفذة لتبييض الصور ، وهذا هو سبب استخدامها في تلفزيون QLED الجديد من سامسونج. يمكن ضبط الطول الموجي للانبعاث عن طريق تغيير حجم الجسيم حيث أن QDs الأكبر تكون أكثر احمرارًا من تلك الأصغر ذات اللون الأزرق. هذا هو نتيجة مبدأ هايزنبرغ الميكانيكي الكمومي. من المهم أيضًا ضبط عمر الانبعاث ؛ ومع ذلك ، ظل مثل هذا العرض بعيد المنال حتى عام 2003 ، عندما أنشأت مجموعة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بنية غير متجانسة من أشباه الموصلات ذات النقاط الكمومية والتي أظهرت هذه القدرة (مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية, "النقاط الكمية من النوع الثاني: CdTe / CdSe (Core / Shell) و CdSe / ZinTe (Core / Shell) Heterostructures"). كما هو الحال في المثال الحالي ، تم تحقيق ذلك من خلال فصل حاملات شحنة الإلكترون والثقوب على الرغم من أن العمر كان مرتبطًا ارتباطًا وثيقًا بطول موجة الانبعاث. على هذا النحو ، لا يمكن ملاحظة الأعمار الطويلة إلا في QDs الأكثر احمرارًا. في النظام الجديد الذي أبلغ عنه Pálmai et al. تمكن الباحثون من التحايل على هذه المشكلة لإنتاج مادة يمكن أن تنبعث في أي طول موجي مرغوب فيه وبأي عمر محدد.
الشكل 2. (أ) البيانات الضوئية والصور الفلورية للنقاط الكمومية "العملاقة" القابلة للضبط مدى الحياة. (ب) لا يُظهر المسار النموذجي لانبعاث الجسيم الفردي من النوع الثاني CdZnSe / CdS gQDs أي سلوك وامض. (الصورة مقدمة من الباحثين) أنجز اتحاد UIC - Princeton هذا المستوى العالي من ضبط الخصائص من خلال التلاعب بأحد جوانب ميكانيكا الكم غالبًا ما يتم تدريسه في المستوى الجامعي. على وجه التحديد ، إذا أصبحت الدالة الموجية للإلكترون الميكانيكي الكمومي `` متعرجة '' ، فإن الطاقة الحركية للجسيم تزداد. وبالتالي ، Pálmai et al. تم تصميم هياكل غير متجانسة لأشباه الموصلات ذات النقاط الكمومية مع تدرج في الإمكانات الأساسية للإلكترون ينتهي بانقطاع حاد عند حدود القلب / الغلاف كما هو موضح في الشكل 1 أ. يؤدي هذا إلى إجبار الإلكترون على التمركز في مركز QD باستخدام دالة موجية "متموجة" ذات طاقة حركية عالية ، أو أن يتم عزله في القشرة بوظيفة موجية ذات طاقة حركية منخفضة مسطحة. نظرًا لأن الإلكترون يفضل الأخير ، فقد نجحت المجموعة في توطين الإلكترون دون تغيير الطول الموجي لانبعاث gQD بالضرورة. تتمتع هذه الجسيمات الجديدة بفعالية كبيرة في الاكتشاف البيولوجي الأساسي. CdZnSe / CdS gQDs المقدمة في ورقتهم (مجلة الفيزياء الكيميائية, "الاستفادة من معلومات مدى الحياة لإجراء تتبع ثلاثي الأبعاد في الوقت الفعلي لجسيم واحد في البيئات الصاخبة") تنبعث بأطوال موجية حمراء (الشكل 2 أ) ، مما يقلل من التشتت ، بينما تسمح الأعمار الطويلة بالتصوير البيولوجي مع ضوضاء أقل في الخلفية. على مستوى الجسيم الفردي ، تنبعث gQDs الجديدة بشكل مستمر كما هو موضح في الشكل 2 ب ، لذلك يمكن لعالم البحث وضع علامة على البروتينات ذات الصلة بالسرطان ومتابعة الديناميات البيولوجية دون فقدان مسار الإشارة التي تمثل حاليًا مشكلة شائعة مع مثل هذه الدراسات. تخطط المجموعة للمستقبل لإثبات أن المواد تشكل مكونات جيدة للأجهزة البصرية مثل الليزر بحجم ميكرون.
مقدمة من جامعة إلينوي في شيكاغو باعتبارها حصرية من نانويرك
كن مؤلفًا ضيفًا في Spotlight! انضم إلى مجموعتنا الكبيرة والمتنامية من المساهمين الضيوف. هل نشرت للتو ورقة علمية أو لديك تطورات أخرى مثيرة لمشاركتها مع مجتمع تكنولوجيا النانو؟ إليك كيفية النشر على nanowerk.com.
- محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
- بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
- المصدر https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=61951.php
