Так называемые квантовые точки — это новый класс материалов с множеством применений. Квантовые точки представляют собой крошечные полупроводниковые кристаллы с размерами в нанометровом диапазоне. Оптическими и электрическими свойствами можно управлять с помощью размера этих кристаллов. Как QLED, они уже представлены на рынке последних поколений плоских экранов телевизоров, где они обеспечивают особенно яркую цветопередачу с высоким разрешением. Однако квантовые точки используются не только в качестве «красителей», они также используются в солнечных элементах или в качестве полупроводниковых устройств, вплоть до вычислительных строительных блоков, кубитов, квантового компьютера. Теперь команда под руководством доктора Анники Банде из HZB расширила понимание взаимодействия между несколькими квантовыми точками с атомистической точки зрения в теоретической публикации.
Анника Банде возглавляет группу «Теория электронной динамики и спектроскопии» в HZB и особенно интересуется происхождением квантовых физических явлений. Хотя квантовые точки представляют собой чрезвычайно крошечные нанокристаллы, они состоят из тысяч атомов, в свою очередь, с множеством электронов. Даже с помощью суперкомпьютеров электронная структура такого полупроводникового кристалла вряд ли может быть рассчитана, подчеркивает химик-теоретик, недавно получивший степень бакалавра во Свободном университете. «Но мы разрабатываем методы, которые приблизительно описывают проблему, — объясняет Банде. — В этом случае мы работали с уменьшенными версиями квантовых точек, содержащих всего около сотни атомов, которые, тем не менее, обладают характерными свойствами реальных нанокристаллов».
С помощью этого подхода после полутора лет разработки и в сотрудничестве с профессором Жаном Кристофом Трембле из CNRS-Université de Lorraine в Меце нам удалось смоделировать взаимодействие двух квантовых точек, каждая из которых состоит из сотен атомов, которые обмениваются энергией друг с другом. В частности, мы исследовали, как эти две квантовые точки могут поглощать, обменивать и постоянно хранить энергию, контролируемую светом. Первый световой импульс используется для возбуждения, а второй световой импульс вызывает накопление.
В общей сложности мы исследовали три разных пары квантовых точек, чтобы уловить влияние размера и геометрии. Мы рассчитали электронную структуру с высочайшей точностью и смоделировали движение электронов в реальном времени с фемтосекундным разрешением.
Результаты также очень полезны для экспериментальных исследований и разработок во многих областях применения, например, для разработки кубитов или для поддержки фотокатализа, для получения зеленого водородного газа под действием солнечного света. «Мы постоянно работаем над расширением наших моделей в сторону еще более реалистичных описаний квантовых точек, — говорит Банде, — например, чтобы уловить влияние температуры и окружающей среды».
Иллюстрация к статье:
Обсуждение