Cos’è la tecnologia dei punti quantici?

I punti quantici stanno facendo un tuffo nel mondo dei televisori e dei monitor, ma cosa sono? È solo un altro uso improprio della parola “quantum” da parte dei marketer, o questi punti sono così sorprendenti come sono rappresentati?

atomo artificiale

I punti quantici sono particelle di materiale semiconduttore di dimensioni di pochi nanometri. Questi punti, noti anche come “atomi artificiali” (nonostante siano molto più grandi di un atomo), agiscono in modo simile agli atomi quando si tratta della loro relazione con gli elettroni. Sono così piccoli che i loro elettroni vengono “catturati” e si comportano come atomi. Quando la luce ultravioletta colpisce un punto quantico, i suoi elettroni entrano in uno stato energetico superiore. Quando gli elettroni tornano al loro livello di base, la differenza di energia tra i due stati viene rilasciata sotto forma di luce.

Sono chiamati punti quantici per due motivi. In primo luogo, mostrano proprietà quantistiche dovute al modo in cui trattengono gli elettroni al loro interno. Gli effetti quantistici sono quelle leggi subatomiche della fisica che gli scienziati stanno ancora cercando di comprendere appieno, ma possiamo già applicarle in dispositivi come i computer quantistici.

Si chiamano punti perché sono così piccoli da non avere praticamente alcuna dimensione. In altre parole, sono un singolo punto senza larghezza, lunghezza o altezza. Ok, sono larghe solo poche dozzine di atomi, ma sono così vicine a punti a dimensione zero che entrano in gioco le stupide leggi della meccanica quantistica.

Cosa rende i punti quantici così utili?

I punti quantici si comportano come atomi che sono stati eccitati, ma differiscono in un modo fondamentale. La luce che ricevi da un atomo o punto quantico è uguale a quanta energia è stata assorbita e rilasciata, che determina la lunghezza d’onda e quindi il colore della luce. Tuttavia, un tipo di atomo (es. ferro, sodio) emetterà sempre la stessa lunghezza d’onda del colore.

D’altra parte, i punti quantici possono essere realizzati con lo stesso materiale semiconduttore ma producono lunghezze d’onda diverse a seconda delle loro dimensioni. Più grande è il punto, maggiore è la lunghezza d’onda e viceversa. Pertanto, i punti più grandi tendono alla parte rossa dello spettro e i punti più piccoli tendono al blu.

Questa proprietà dei punti quantici significa che puoi controllare con precisione l’emissione del colore della luce, producendo colori brillanti e accurati.

Come creare punti quantici

I punti quantici hanno una struttura precisa perché sono cristalli. I wafer di silicio che compongono i nostri microchip vengono anche coltivati ​​come cristalli che si autoassemblano in strutture atomiche. Ecco perché possiamo creare punti quantici con strutture precise su scala nanometrica. Se dovessimo costruirli un atomo alla volta, non sarebbero molto pratici!

Puoi ottenerli sparando fasci di atomi su un substrato per costruire cristalli, puoi sparare ioni (elettroni liberi) su un substrato semiconduttore o puoi usare i raggi X. I punti quantici possono anche essere creati utilizzando processi chimici e persino biologici. Tuttavia, la ricerca sulla produzione biologica è ancora agli inizi.

Dove vengono utilizzati i punti quantici?

Oltre ai display QD-OLED e QLED, da cui la maggior parte delle persone conosce i punti quantici, ci sono molte applicazioni per questi granelli invisibili in molte tecnologie diverse.

I pannelli solari sono la principale potenziale applicazione dei punti quantici. Le odierne celle solari a base di silicio sono già abbastanza efficienti nella raccolta di energia luminosa, ma poiché i punti quantici possono essere “sintonizzati” per assorbire la luce da diverse parti dello spettro elettromagnetico, possono creare pannelli solari molto più efficienti. Questi pannelli non saranno solo più efficienti, ma anche più economici da produrre, poiché il processo di creazione dei punti quantici necessari è relativamente semplice.

In teoria, potresti realizzare una cella solare pura con punti quantici, ma possono essere utilizzati anche in celle solari ibride. Migliorare l’efficienza di altre tecnologie di energia solare .

I punti quantici possono essere utilizzati nei rivelatori di fotoni, hanno un potenziale entusiasmante in biomedicina e potrebbero anche essere usati per realizzare LED molto più economici ed efficienti.

Un’interessante applicazione dei punti quantici è nel trattamento del cancro , in cui i punti sono progettati per accumularsi in organi appositamente progettati per rilasciare farmaci antitumorali e imaging avanzato. Possono anche svolgere un ruolo nella diagnosi precoce dei tumori.

I punti quantici possono anche essere la chiave del calcolo fotonico, poiché i circuiti elettrici diventano così piccoli che gli effetti quantistici rendono impossibile il flusso di elettroni attraverso di essi. i calcoli con i fotoni potrebbero essere il passo successivo. I punti quantici potrebbero risolvere diversi problemi ancora affrontati dal calcolo fotonico.

Il quanto sfida l’immaginazione

Richard Feynman, il famoso fisico americano, viene spesso citato dicendo qualcosa del genere: “Se pensi di capire la meccanica quantistica, non capisci la meccanica quantistica”. Albert Einstein è anche noto per tracciare una linea quando ci entra, quindi ci sentiamo abbastanza a nostro agio ad ammettere che non comprendiamo davvero i punti quantici.

Quello che capiamo davvero è quanto siano versatili e quali incredibili innovazioni tecnologiche, oltre a creare schermi di computer più belli, ti permettono di utilizzare. Quindi la prossima volta che ti meravigli della luminosità della tua TV QLED, pensa alla straordinaria magia subatomica che sta accadendo in modo da poter ottenere un’immagine più bella e come un giorno i punti quantici possono svolgere un lavoro importante all’interno del tuo corpo e nel mondo .