Учёные из Московского физико-технического института и Института проблем химической физики РАН предложили простой и удобный способ получения квантовых точек определённого размера с помощью химического старения. Он поможет физикам-экспериментаторам проще и дешевле получать квантовые точки необходимого размера.
Результаты исследования опубликованы в журнале Materials Today Chemistry.
Коллоидные квантовые точки — наноразмерные кристаллы, свойства которых — частота поглощаемых или испускаемых электромагнитных волн — зависят от размера. Они применяются для изготовления солнечных батарей, телевизоров, пожарных детекторов.
В лаборатории фотоники квантово-размерных структур МФТИ занимаются коллоидными квантовыми точками сульфида свинца. Стандартный процесс их синтеза осуществляется путём смешения при определённых условиях двух веществ-предшественников, содержащих серу и свинец. С помощью специального оборудования и химических реагентов этот процесс контролируют, получая квантовые точки определённого размера. Однако такой метод сложный, дорогой, и с его помощью можно получить точки не всех необходимых размеров.
«Если физикам нужны были квантовые точки, а у них не было своего оборудования для их получения, им раньше приходилось сильно раскошеливаться на заказной синтез или заказ из зарубежных каталогов. К тому же, не все размеры точек можно купить или заказать. Мы искали способ, который позволил бы максимально просто и дёшево, без дополнительного оборудования и специальных навыков, получать квантовые точки сульфида свинца необходимого размера и, следовательно, необходимых свойств», — рассказывает Иван Шуклов, заместитель заведующего лабораторией фотоники квантово-размерных структур МФТИ.
Экспериментируя с различными веществами, исследователи обнаружили, что в присутствии смеси олеиновой кислоты и олеиламина спектр квантовых точек меняется. Дальнейшее исследование с помощью электронной микроскопии показало, что в присутствии этой смеси стандартный синтез идёт в обратном направлении. Атомы серы и свинца «убегают» назад в раствор, а квантовые точки «стареют» и становятся меньше. При этом сохраняется их распределение по размерам. Другими словами, получаются такие же квантовые точки, как до воздействия смеси, только меньше. Соответственно, с другими свойствами.
Олеиновая кислота и олеиламин по отдельности используются в процессе стандартного синтеза квантовых точек. Однако именно одновременное использование и взаимодействие этих двух веществ сделало возможным контролируемое старение кристаллов.
«Мы предложили решение, благодаря которому экспериментаторы, имея квантовые точки размером в 10 нанометров, могут завтра состарить их до размера в 8 нанометров, послезавтра — до 6 нанометров и так далее. При этом их поглощение изменится от 2 мкм до 1,8 мкм при первом старении и до 1,5 мкм при втором. То есть из одной банки в течение очень короткого времени и с помощью очень простых операций становится возможным получать коллоидные квантовые точки нужного размера и свойств, — комментирует Владимир Разумов, заведующий лабораторией фотоники квантово-размерных структур МФТИ. — Наш результат позволит, например, физикам, у которых из специального оборудования только пробирки, получать из одного имеющегося образца разные образцы этих коллоидных квантовых точек — разных размеров. Экспериментаторам надо только выждать определённое время, чтобы точки „повзрослели” до нужных характеристик».
