양자점

Quantum dot
자외선이 조사된 콜로이드 양자점.크기가 다른 양자점은 양자 구속으로 인해 서로 다른 색의 빛을 방출합니다.
에 관한 일련의 기사 중 일부
나노물질
탄소나노튜브
풀러렌
기타 나노입자
나노구조물질

반도체 나노 결정이라고도 불리는 양자점(Quantum dot, QD)은 크기가 수 나노미터인 반도체 입자로, 양자역학적 효과로 인해 더 큰 입자와 다른 광학적, 전자적 특성을 갖습니다.그것들은 나노기술과 재료 과학의 중심 주제입니다.양자점이 자외선에 의해 빛날 때, 양자점 내의 전자는 더 높은 에너지의 상태로 여기될 수 있습니다.반도체 양자점의 경우, 이 과정은 원자가 밴드에서 컨덕턴스 밴드로의 전자의 전이에 해당합니다.들뜬 전자는 에너지를 빛으로 방출하면서 원자가 밴드로 다시 떨어질 수 있습니다.이 발광(광발광)은 오른쪽 그림에 나와 있습니다.해당 빛의 색상은 전도성 밴드와 원자가 밴드 사이의 에너지 차이 또는 밴드 구조가 QD에서 더 이상 잘 정의되지 않을 때 이산 에너지 상태 사이의 전환에 따라 달라집니다.

나노크기의 반도체 물질은 전자나 전자공을 단단히 구속합니다.구속은 상자 모형의 3차원 입자와 유사합니다.양자점 흡수 및 방출 특징은 원자 스펙트럼을 연상시키는 상자 내 이산 양자 기계적으로 허용된 에너지 수준 사이의 전이에 해당합니다.이러한 이유로, 양자점은 때때로 인공 원자라고 불리며,[1] 자연적으로 발생하는 원자 또는 분자와 같은, 그들의 경계 및 이산 전자 상태를 강조합니다.[2][3]양자점의 전자파 기능은 실제 원자의 전자파 기능과 유사한 것으로 나타났습니다.[4]이러한 양자점은 2개 이상 결합하여 상온에서도 혼성화를 나타내는 인공분자를 제조할 수 있습니다.[5]양자점의 정밀한 조립은 독특한 광학적, 전자적 특성을 나타내는 인공 고체 물질로 작용하는 초격자를 형성할 수 있습니다.[6][7]

양자점은 벌크 반도체와 이산 원자나 분자 사이의 중간적인 특성을 갖습니다.그들의 광전자적 특성은 크기와 모양 모두의 함수로 바뀝니다.[8][9]지름 5~6nm의 더 큰 QD는 오렌지색이나 빨간색과 같은 색으로 더 긴 파장을 방출합니다.더 작은 QD(2-3 nm)는 더 짧은 파장을 방출하며 파란색과 녹색과 같은 색을 생성합니다.하지만 QD의 정확한 구성에 따라 구체적인 색상이 달라집니다.[10]

Potential applications of quantum dots include single-electron transistors, solar cells, LEDs, lasers,[11] single-photon sources,[12][13][14] second-harmonic generation, quantum computing,[15] cell biology research,[16] microscopy,[17] and medical imaging.[18]크기가 작기 때문에 일부 QD를 용액에 매달아 잉크젯 프린팅과 스핀 코팅에 사용할 수 있습니다.[19]이 영화들은 Langmuir-Blodgett 박막에 사용되었습니다.[20][21][22]이러한 처리 기술은 반도체 제조의 비용 및 시간 소모가 적은 방법으로 이어집니다.

생산.

보라색에서 짙은 빨간색으로 점진적으로 계단식 방출을 하는 양자점

양자점을 제작하는 방법에는 여러 가지가 있습니다.가능한 방법으로는 콜로이드 합성, 자가 조립, 전기 게이팅 등이 있습니다.

콜로이드 합성

콜로이드 반도체 나노 결정은 전통적인 화학 공정처럼 용액으로부터 합성됩니다.주요 차이점은 제품이 대량 고체로 침전되지도 않고 용해되지도 않는다는 것입니다.[8]용액을 고온으로 가열하면 전구체가 분해되어 단량체를 형성한 다음 핵을 생성하고 나노 결정을 생성합니다.온도는 나노 결정 성장의 최적 조건을 결정하는 데 중요한 요소입니다.합성 과정에서 원자의 재배열과 어닐링이 가능할 정도로 높아야 하고, 결정 성장을 촉진할 수 있을 정도로 낮아야 합니다.단량체의 농도는 나노 결정 성장 동안 엄격하게 조절되어야 하는 또 다른 중요한 요소입니다.나노 결정의 성장 과정은 "포커싱(focusing)"과 "디포커싱(defocusing)"이라는 두 가지 다른 영역에서 발생할 수 있습니다.높은 모노머 농도에서 임계 크기(나노 결정이 성장하거나 줄어들지 않는 크기)는 상대적으로 작아서 거의 모든 입자가 성장합니다.이 체제에서는 작은 입자가 큰 입자보다 빠르게 성장하여(큰 결정이 작은 결정보다 성장하려면 더 많은 원자가 필요하므로) 크기 분포 초점이 생겨 거의 단분산된 입자의 있을 수 없는 분포를 산출합니다.존재하는 평균 나노결정 크기가 항상 임계 크기보다 약간 더 크도록 모노머 농도가 유지될 때 크기 포커싱은 최적입니다.시간이 지남에 따라 모노머 농도는 감소하고 임계 크기는 존재하는 평균 크기보다 커지며 분포는 디포커싱됩니다.

세포에 있는 황화카드뮴 양자점

많은 다른 반도체를 생산하는 콜로이드 방법이 있습니다.전형적인 점들은 황화납, 셀레나이드 납, 셀레나이드 카드뮴, 황화카드뮴, 텔루라이드 카드뮴, 아르세나이드 인듐, 인산인듐 등의 이성분 화합물로 만들어집니다.점들은 또한 셀레늄 황화물과 같은 3원계 화합물로 만들어질 수도 있습니다.또한, 콜로이드 페로브스카이트 양자점의 합성을 가능하게 하는 최근의 발전이 이루어지고 있습니다.[23]이러한 양자점은 양자점 부피 내에 약 10~50개의 원자 직경을 갖는 100~100,000개의 원자를 포함할 수 있습니다.이것은 약 2 나노미터에서 10 나노미터에 해당하며, 직경 10 nm에서는 거의 3백만 개의 양자점이 끝에서 끝까지 일렬로 배열될 수 있고 사람의 엄지손가락 폭 안에 들어갈 수 있습니다.

올레산, 올레일아민, 하이드록실 리간드(크기 ≈5 nm)에 의한 완전한 패시베이션을 갖는 황화납(셀레나이드)의 콜로이드 나노입자의 이상적인 이미지

거대한 양자점 배치는 콜로이드 합성을 통해 합성될 수 있습니다.이러한 확장성과 벤치탑 조건의 편리성 때문에 콜로이드 합성 방법은 상업적 응용에 유망합니다.

플라스마 합성

플라즈마 합성은 양자점, 특히 공유 결합을 갖는 양자점의 생성을 위한 가장 일반적인 기상 접근법 중 하나로 발전해 왔습니다.[24][25][26]예를 들어, 실리콘과 게르마늄 양자점은 비열 플라즈마를 이용하여 합성되었습니다.양자점의 크기, 형태, 표면 및 조성은 모두 비열 플라즈마에서 제어될 수 있습니다.[27][28]양자점에 상당히 도전적으로 보이는 도핑은 플라즈마 합성에서도 실현되었습니다.[29][30][31]플라즈마에 의해 합성되는 양자점은 대개 분말 형태이며, 이를 위해 표면개질이 수행될 수 있습니다.이는 유기 용매[32] 또는 물[33](즉, 콜로이드 양자점)에서 양자점의 우수한 분산을 초래할 수 있습니다.

제작

양자점을 생성하는데 필요한 정전기 전위는 여러 가지 방법으로 구현할 수 있습니다.여기에는 외부 전극,[34] 도핑, 변형 또는 [35]불순물이 포함됩니다.자기 조립 양자점은 일반적으로 5~50 nm 크기입니다.리소그래피 패턴화된 게이트 전극에 의해 정의된 양자점 또는 반도체 헤테로 구조체 내의 2차원 전자 가스에 대한 에칭에 의해 정의된 양자점은 20 내지 100 nm 사이의 측면 치수를 가질 수 있습니다.

  • 일부 양자점은 밴드 갭이 더 큰 다른 물질에 묻힌 작은 영역입니다.이것들은 코어에 CdSe와 쉘에 ZnS가 있는 소위 코어-쉘 구조일 수도 있고 오르모실이라고 불리는 특수한 형태의 실리카일 수도 있습니다.서브 단층 쉘은 또한 서브 단층 CdS 쉘을 갖는 PbS 코어와 같은 양자점을 패시베이션시키는 효과적인 방법이 될 수 있습니다.[36]
  • 양자점은 우물 두께의 단층 변동으로 인해 양자 우물 구조에서 자발적으로 발생하기도 합니다.
갈륨비소(GaAs)에 매립된 인듐 갈륨비소(InGaAs) 양자점의 원자분해능 주사 투과전자현미경 이미지
  • 자기 조립 양자점은 격자가 일치하지 않는 기판에서 물질이 성장할 때 분자 빔 에피택시(MBE)와 금속 유기 증기상 에피택시(MOVPE) 동안 특정 조건에서 자발적으로 핵을 생성합니다.결과적인 변형은 2차원 습윤 층 위에 섬을 형성하게 합니다.이러한 성장 모드는 스트란스키-크라스타노프 성장으로 알려져 있습니다.[37]그 섬들은 양자점을 형성하기 위해 나중에 묻혀질 수 있습니다.이 방법으로 성장된 양자점의 일반적인 유형은 갈륨 아르세나이드(GaAs) 내 인듐 갈륨 아르세나이드(InGaAs) 양자점입니다.[38]이러한 양자점은 양자 암호학(즉, 단일 광자 소스) 및 양자 계산에 응용될 가능성이 있습니다.이 방법의 주요 한계는 제작 비용과 개별 도트의 위치 결정에 대한 제어력 부족입니다.
  • 개별 양자점은 원격으로 도핑된 양자 우물 또는 반도체 헤테로 구조에 존재하는 2차원 전자 또는 홀 가스 또는 측면 양자점으로 생성될 수 있습니다.샘플 표면은 레지스트의 얇은 층으로 코팅되고, 그 다음에 전자빔 리소그래피에 의해 레지스트 내에 측면 패턴이 정의됩니다.이 패턴은 에칭에 의해, 또는 전자 가스와 전극 사이에 외부 전압의 인가를 허용하는 금속 전극(리프트 오프 프로세스)을 증착함으로써 전자 또는 홀 가스로 전달될 수 있습니다.이러한 양자점은 주로 전자 또는 정공 수송과 관련된 실험과 응용에 관심이 있으며 또한 스핀 큐비트로 사용됩니다.[39]이러한 유형의 양자점의 장점은 기하학적 크기, 모양 및 게이트 전극과의 구속 전위의 세기를 제어함으로써 에너지 스펙트럼을 설계할 수 있다는 것입니다.이러한 양자점은 터널 장벽에 의해 전도성 리드에 쉽게 연결될 수 있으며, 이를 통해 터널 분광법의 기술을 조사에 적용할 수 있습니다.
  • 실리콘 양자점은 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 기술에 의해 제조될 수 있습니다.초소형(20 nm×20 nm) CMOS 트랜지스터는 -269 °C(4 K)~-258 °C(15 K) 범위의 극저온에서 작동할 때 단일 전자 양자점으로 작동합니다.트랜지스터는 전자(구멍)의 점진적인 충전에 의한 쿨롱봉쇄를 하나씩 보여줍니다.채널에 제한된 전자(홀)의 수는 제로 전자(홀)의 점유로부터 시작하여 게이트 전압에 의해 구동되며, 하나 또는 다수로 설정될 수 있습니다.[40]

바이러스 집합체

유전자 조작된 M13 박테리오파지 바이러스는 양자점 바이오복합체 구조의 제조를 가능하게 합니다.[41]기존에는 조합형 파지 디스플레이에 의한 선택 방법을 통해 유전자 조작 바이러스가 특정 반도체 표면을 인식할 수 있음이 밝혀졌습니다.[42]또한, 야생형 바이러스(Fd, M13, TMV)의 액정 구조는 용액의 농도, 용액 이온 강도, 용액에 인가되는 외부 자기장을 조절함으로써 조절 가능한 것으로 알려져 있습니다.결과적으로, 바이러스의 특정 인식 특성은 무기 나노 결정을 조직화하는 데 사용될 수 있으며, 액정 형성에 의해 정의된 길이 척도에 걸쳐 정렬된 배열을 형성합니다.이 정보를 이용하여 Lee 등.(2000)[citation needed]은 파지 및 ZnS 전구체 용액으로부터 자가 조립, 고지향, 자가 지지 필름을 제조할 수 있었습니다.이 시스템은 유전자 변형과 선택을 통해 박테리오파지의 길이와 무기 물질의 종류를 모두 변화시킬 수 있게 했습니다.

전기화학 어셈블리

양자점의 고도로 정렬된 배열은 또한 전기화학적 기술에 의해 자가 조립될 수 있습니다.주형은 전해질-금속 계면에서 이온 반응을 일으켜 금속 위에 양자점을 포함한 나노 구조물이 자발적으로 조립된 후 선택된 기판 위에 이러한 나노 구조물을 메사 식각하기 위한 마스크로 사용됩니다.[citation needed]

대량제조

양자점 제조는 다수의 기업이 대량(수백 킬로그램에서 톤)의 양자점을 필요로 하는 상업적 응용을 위해 확장한 고온 이중 주입이라고 불리는 공정에 의존합니다.이 재현 가능한 생산 방법은 광범위한 양자점 크기 및 조성에 적용될 수 있습니다.

III-V계 양자점과 같은 일부 카드뮴이 없는 양자점은 II-VI 물질보다 공유결합이 강하여 고온 이중 주입 합성을 통해 나노입자 핵생성 및 성장을 분리하기가 더 어렵습니다.양자점 합성의 대안적인 방법인 분자 파종 공정은 고품질 양자점을 대량으로 생산할 수 있는 재현 가능한 경로를 제공합니다.이 공정은 분자 클러스터 화합물의 동일한 분자를 나노입자 성장을 위한 핵생성 장소로 사용하므로 고온 주입 단계가 필요하지 않습니다.입자 성장은 원하는 입자 크기에 도달할 때까지 적당한 온도에서 주기적으로 전구체를 첨가함으로써 유지됩니다.[43]분자 파종 과정은 카드뮴이 없는 양자점의 생성에만 국한되지 않습니다. 예를 들어, 이 과정은 몇 시간 만에 고품질 II-VI 양자점의 킬로그램 배치를 합성하는 데 사용될 수 있습니다.

콜로이드 양자점의 대량 생산을 위한 또 다른 접근법은 합성을 위한 잘 알려진 핫-주입 방법론을 기술적 연속 흐름 시스템으로 이전하는 것에서 볼 수 있습니다.위에서 언급한 방법론 중 필요에 의해 발생하는 배치 대 배치의 변동은 혼합 및 성장, 수송 및 온도 조절을 위한 기술적 구성요소를 활용함으로써 극복할 수 있습니다.이 방법은 CdSe 기반 반도체 나노입자의 생산을 위해 조사되었고 매달 킬로그램의 생산량으로 조정되었습니다.기술 부품을 사용하면 최대 처리량과 크기 면에서 쉽게 교환할 수 있기 때문에 수십 또는 수백 킬로그램으로 더욱 향상시킬 수 있습니다.[44]

2011년 미국과 네덜란드 기업 컨소시엄은 전통적인 고온 이중 주입 방식을 유동 시스템에 적용하여 대용량 양자점 제조에 획기적인 이정표를 세웠습니다.[45]

2013년 1월 23일 다우는 영국에 본사를 둔 나노코(Nanoco)사와 무전자 디스플레이용 카드뮴 양자점 대량 생산을 위한 저온 분자 시드 방식의 독점 라이선스 계약을 체결했고, 2014년 9월 24일 다우는 충분한 양을 생산할 수 있는 한국의 생산 시설에 대한 작업을 시작했습니다.um dots는 "카드뮴이 없는 텔레비전 및 태블릿과 같은 기타 장치의 millions"을 의미합니다.대량 생산은 2015년 중반에 시작될 예정입니다.[46]2015년 3월 24일, 다우는 LG전자와 디스플레이에 카드뮴 프리 양자점을 사용하기 위한 파트너십 계약을 발표했습니다.[47]

중금속이 없는 양자점

세계의 많은[which?] 지역에서 현재 많은 가정용품에서 유독성 중금속의 사용에 대한 제한 또는 금지가 있는데, 이는 대부분의 카드뮴 기반 양자점이 소비재 용도로 사용될 수 없음을 의미합니다.

상업적 실행 가능성을 위해 스펙트럼의 가시광선 및 근적외선 영역에서 밝은 방출을 보여주는 제한된 중금속이 없는 양자점이 개발되었으며 CdSe 양자점과 유사한 광학 특성을 가지고 있습니다.이러한 재료 중에는 InP/ZnS, CuInS/ZnS, Si, Ge, C 등이 있습니다.

펩타이드는 잠재적 양자점 물질로 연구되고 있습니다.[48]

건강과 안전

주요 기사:나노물질과 나노독성의 건강 및 안전상 위해요소

일부 양자점은 특정 조건하에서 인간의 건강과 환경에 위험을 초래합니다.[49][50][51]특히 양자점 독성에 대한 연구는 카드뮴이 포함된 입자에 초점을 맞추고 있으며 생리학적으로 관련된 투여 후 동물 모델에서 아직 입증되지 않았습니다.[51]세포 배양에 기초한 시험관 내 연구에서 양자점(QD) 독성은 그 독성이 물리화학적 특성(크기, 모양, 구성, 표면 작용기, 표면 전하)과 환경을 포함한 다양한 요인에서 기인할 수 있음을 시사합니다.QD 크기, 전하, 농도, 화학적 조성, 캡핑 리간드와 같은 특성과 산화적, 기계적, 광분해 안정성에 대한 특성을 포함하기 때문에 잠재적 독성을 평가하는 것은 복잡합니다.[49]

많은 연구들이 모델 세포 배양을 이용한 QD 세포 독성의 메커니즘에 초점을 맞추고 있습니다.CdSe QD는 자외선에 노출되거나 공기에 의한 산화 후 유리 카드뮴 이온을 방출하여 세포 사멸을 일으키는 것으로 밝혀졌습니다.[52]그룹 II–VI QD는 또한 빛에 노출된 후 활성 산소 종의 형성을 유도하고, 이는 다시 단백질, 지질, DNA와 같은 세포 구성 요소를 손상시킬 수 있다고 보고되었습니다.[53]또한 일부 연구에서는 ZnS 껍질을 추가하면 CdSe QD에서 활성 산소종의 처리가 억제된다는 것을 보여주었습니다.QD 독성의 또 다른 측면은 생체 내에서 이러한 입자를 금속 이온에 의해 접근할 수 없는 세포 소기관에 집중시키는 크기 의존적인 세포 내 경로가 있다는 것이며, 이는 구성 금속 이온과 비교하여 독특한 세포 독성의 패턴을 초래할 수 있습니다.[54]세포핵의[55] QD 국소화에 대한 보고는 DNA 돌연변이를 유도할 수 있기 때문에 독성의 추가적인 모드를 제시하며, DNA 돌연변이는 다음 세대의 세포를 통해 전파되어 질병을 유발할 수 있습니다.

동물 모델을 사용한 생체 내 연구에서 특정 소기관에서의 QD의 농도가 보고되었지만, 조직학적 또는 생화학적 분석을 통해 동물의 행동, 체중, 혈액학적 표지자 또는 장기 손상의 변화는 발견되지 않았습니다.[56]이러한 발견은 과학자들로 하여금 세포 내 투여량이 QD 독성을 결정하는 가장 중요한 요인이라고 믿게 만들었습니다.따라서 QD 크기, 모양, 표면 화학 등 세포 내 유효 농도를 결정하는 QD 내세포증을 결정하는 인자들이 독성을 결정합니다.동물 모델에서 소변을 통한 QD의 배설은 또한 리간드 껍질에 Tc가 표시된 라디오 라벨이 부착된 ZnS 캡이 부착된 CdSe QD를 주입함으로써 입증되었습니다.[57]여러 다른 연구들이 세포 수준에서 QD의 보유를 결론지었지만,[51][58] QD의 외세포증은 여전히 문헌에서 빈약하게 연구되고 있습니다.

상당한 연구 노력이 QD의 독성에 대한 이해를 넓혔지만, 문헌에는 큰 차이가 있으며, 여전히 답해야 할 질문들이 남아 있습니다.일반 화학 물질과 비교할 때 이 종류의 물질은 다양하기 때문에 독성 평가가 매우 어렵습니다.그 독성은 pH 수준, 빛 노출, 세포 유형 등 환경적 요인에 따라 동적일 수도 있기 때문에50 LD와 같은 전통적인 화학 물질의 독성 평가 방법은 QD에 적용할 수 없습니다.따라서 연구자들은 이 독특한 종류의 재료를 포함하기 위해 새로운 접근법을 도입하고 기존의 방법을 적용하는 데 집중하고 있습니다.[51]게다가, 더 안전한 QD를 개발하기 위한 새로운 전략은 여전히 과학계에 의해 탐구되고 있습니다.이 분야의 최근 신규한 것은 잠재적으로 반도체 QD를 대체할 수 있지만 훨씬 더 낮은 독성을 가진 새로운 세대의 광학 활성 나노입자인 탄소 양자점의 발견입니다.

광학 특성

다양한 크기의 CdTe 양자점의 형광 스펙트럼서로 다른 크기의 양자점은 양자 구속으로 인해 서로 다른 색의 빛을 방출합니다.

반도체에서, 빛의 흡수는 일반적으로 전자가 원자가에서 전도대로 들뜨게 하고, 구멍을 남깁니다.전자와 구멍은 서로 결합하여 여기자를 형성할 수 있습니다.이 여기자가 재결합할 때(전자가 바닥 상태를 재개할 때), 여기자의 에너지는 빛으로 방출될 수 있습니다.이것을 형광이라고 합니다.단순화된 모델에서 방출된 광자의 에너지는 가장 높은 점유 수준과 가장 낮은 점유 에너지 수준 사이의 밴드갭 에너지, 정공과 여기된 전자의 구속 에너지 및 여기자(전자-정공 쌍)의 결합 에너지의 합으로 이해될 수 있습니다.

the figure is a simplified representation showing the excited electron and the hole in an exciton entity and the corresponding energy levels. The total energy involved can be seen as the sum of the band gap energy, the energy involved in the Coulomb attraction in the exciton, and the confinement energies of the excited electron and the hole

양자점의 크기에 따라 구속 에너지가 달라지기 때문에, 양자점의 합성 과정에서 양자점의 크기를 변화시킴으로써 흡수 개시와 형광 방출을 조절할 수 있습니다.점이 클수록 흡수 시작과 형광 스펙트럼이 붉어집니다.반대로, 작은 점들은 더 푸른 빛을 흡수하고 방출합니다.최근 기사들은 양자점의 모양이 착색의 요인이 될 수도 있지만, 아직[citation needed] 충분한 정보를 얻을 수는 없다고 말합니다.또한 양자점의 크기에 따라 형광의 수명이 결정됨을 알 수 있었습니다[59].더 큰 점들은 전자-정공 쌍이 갇힐 수 있는 더 밀접한 에너지 수준을 가지고 있습니다.따라서 더 큰 점에 있는 전자-정공 쌍이 더 오래 살게 되면 더 큰 점이 더 긴 수명을 보이게 됩니다.

형광 양자 수율을 향상시키기 위해, 양자점은 주변에 더 큰 밴드갭 반도체 물질의 쉘로 만들어질 수 있습니다.이러한 개선은 어떤 경우에는 전자와 정공의 비복사 표면 재조합 경로에 대한 접근성이 감소되었지만, 다른 경우에는 오거 재조합이 감소했기 때문인 것으로 제안됩니다.

적용들

양자점은 높은 소멸 계수와[60] 초고속 광학 비선형성으로 인해 광학 응용 분야에 특히 유망합니다.[61]그들은 단일 전자 트랜지스터처럼 작동하며 쿨롱 차단 효과를 보여줍니다.양자점은 또한 양자 정보 처리를 위한 큐비트(qubit)의 구현으로,[62] 열전 소자를 위한 활성 소자로 제안되었습니다.[63][64][65]

양자점의 크기를 조정하는 것은 많은 잠재적인 응용에 매력적입니다.예를 들어, 더 큰 양자점은 더 작은 점에 비해 더 큰 스펙트럼의 적색 이동을 가지며, 덜 뚜렷한 양자적 특성을 나타냅니다.반대로, 입자가 작을수록 더 미묘한 양자 효과를 이용할 수 있습니다.

양자 우물의 얇은 층에서 층 위의 결정체로 에너지 전달을 통해 가시광선을 생성하는 장치입니다.[66]

양자점은 0차원이기 때문에 고차원 구조보다 더 날카로운 상태 밀도를 갖습니다.결과적으로, 그들은 우수한 수송 및 광학적 특성을 갖습니다.그들은 다이오드 레이저, 증폭기, 생물학적 센서에 잠재적인 용도를 가지고 있습니다.[67]양자점은 금 나노 입자에 의해 생성된 국부적으로 강화된 전자기장 내에서 여기될 수 있으며, 이는 (CdSe)ZnS 나노 결정의 광발광 여기 스펙트럼에서 표면 플라즈몬 공명으로부터 관찰될 수 있습니다.고품질 양자점은 광범위한 여기 프로파일 및 좁은/대칭 방출 스펙트럼으로 인해 광학 인코딩 및 다중화 응용에 매우 적합합니다.새로운 세대의 양자점은 단일 분자 수준, 고해상도 세포 이미징, 세포 밀매의 장기 생체 내 관찰, 종양 표적화 및 진단의 연구에 광범위한 잠재력을 가지고 있습니다.

CdSe 나노 결정은 효율적인 삼중항 감광제입니다.[68]작은 CdSe 나노 입자의 레이저 여기를 통해 양자점에서 벌크 용액으로 여기 상태 에너지를 추출할 수 있으므로 광역학 치료, 광전 소자, 분자 전자 장치 및 촉매 작용과 같은 광범위한 잠재적 응용 분야에 문을 열 수 있습니다.

피하 기록 보관

2019년 12월, 로버트 S. 랭거(Robert S. Langer)와 그의 팀은 피하에 정보를 저장하기 위해 보이지 않는 잉크를 가진 사람들에게 식별 문신을 적용하기 위해 경피 패치를 사용할 수 있는 기술을 개발하고 특허를 냈습니다.이것은 의료 기록의 부재를 의미하는 "개발도상국"에게 혜택으로 제시되었습니다.[69][70]매사추세츠 공과대학교에 할당된 이 기술은 [70]"이 경우 백신과 함께 마이크로 니들 패치로 전달되는 양자점 염료"를 사용합니다.이 연구는 "빌 앤드 멜린다 게이츠 재단과 코흐 통합 암 연구소에 의해 자금이 지원되었습니다."[69]

생물학

현대의 생물학적 분석에서는 다양한 종류의 유기염료가 사용됩니다.그러나, 기술이 발전함에 따라, 이들 염료에 대한 더 큰 유연성이 요구되고 있습니다.[71]이를 위해 양자점이 그 역할을 빠르게 채워왔고, 여러 가지 면에서 기존 유기 염료보다 우수한 것으로 밝혀졌습니다.가장 즉각적으로 명백한 것 중 하나는 밝기(형광 염료와 유사한 양자 수율이 결합된 높은 소멸 계수로 인해)와 그 안정성(allowing 훨씬 더 적은 광 표백)입니다.양자점은 기존 형광체보다 20배 밝고 100배 안정적인 것으로 추정됐습니다.[71]단일 입자 추적의 경우, 양자점의 불규칙한 점멸은 작은 단점입니다.그러나 본질적으로 눈을 깜빡이지 않는 양자점을 개발하고 단일 분자 추적 실험에서 유용성을 입증한 그룹이 있습니다.[73][74]

매우 민감한 세포 이미징을 위한 양자점의 사용은 큰 발전을 보였습니다.[75]예를 들어, 양자점의 향상된 광안정성은 고해상도 3차원 영상으로 재구성될 수 있는 많은 연속적인 초점면 영상의 획득을 가능하게 합니다.[76]양자점 프로브의 탁월한 광안정성을 활용하는 또 다른 응용은 분자와 세포를 장시간에 걸쳐 실시간으로 추적하는 것입니다.[77]항체, 스트렙타비딘,[78] 펩티드,[79] DNA,[80] 핵산 압타머,[81] 또는 소분자 리간드는[82] 세포 상의 특정 단백질에 양자점을 타겟팅하는데 사용될 수 있습니다.연구원들은 쥐의 림프절에서 양자점을 4개월 이상 관찰할 수 있었습니다.[83]

양자점은 나노 입자와 유사한 항균 특성을 가질 수 있고, 용량 의존적인 방식으로 박테리아를 죽일 수 있습니다.[84]양자점이 박테리아를 죽일 수 있는 한 가지 메커니즘은 세포 내의 항산화 시스템의 기능을 손상시키고 항산화 유전자를 조절하는 것입니다.게다가 양자점은 세포벽에 직접적인 손상을 줄 수 있습니다.양자점은 그람 양성 박테리아와 그람 음성 박테리아 모두에 효과적인 것으로 나타났습니다.[85]

반도체 양자점은 또한 사전 표지된 세포의 체외 이미징에 사용되었습니다.단세포 이동을 실시간으로 영상화하는 능력은 배아 발생, 암 전이, 줄기세포 치료, 림프구 면역학 등 여러 연구 분야에서 중요할 것으로 예상됩니다.

생물학에서 양자점의 하나의 응용은 Förster 공명 에너지 전달에서의 공여 형광단으로서,이러한 형광단의 큰 소멸 계수 및 스펙트럼 순도가 분자 형광단보다[86] 우수하게 만드는 경우 QD의 광범위한 흡광도가 FRET 기반 연구에서 QD 공여체의 선택적 여기 및 염료 수용체의 최소 여기를 허용한다는 것도 주목할 필요가 있습니다.[87]양자점이 점 쌍극자로 근사될 수 있다고 가정하는 FRET 모델의 적용 가능성이 최근에 입증되었습니다[88].

생체 내 조건에서 종양 표적화를 위한 양자점의 사용은 능동 표적화와 수동 표적화의 두 가지 표적화 방식을 사용합니다.능동 표적의 경우, 양자점은 종양 특이적 결합 부위로 기능화되어 종양 세포와 선택적으로 결합합니다.수동 타겟팅은 양자점 프로브의 전달을 위해 종양 세포의 강화된 투과 및 유지를 사용합니다.빠르게 성장하는 종양 세포는 일반적으로 건강한 세포보다 더 많은 투과성 막을 가지고 있으며, 이는 작은 나노 입자가 세포 본체로 누출될 수 있게 합니다.게다가, 종양 세포는 효과적인 림프관 배액 시스템이 부족하고, 이것은 후속적인 나노입자 축적으로 이어집니다.

양자점 프로브는 생체 내 독성을 나타냅니다.예를 들어, CdSe 나노 결정은 자외선 조명 하에서 배양된 세포에 매우 독성이 강한데, 이는 입자가 광분해라고 알려진 과정에서 용해되어 독성 카드뮴 이온을 배양 배지로 방출하기 때문입니다.그러나 자외선 조사가 없는 경우 안정적인 고분자 코팅을 가진 양자점은 본질적으로 독성이 없는 것으로 밝혀졌습니다.[83][50]양자점의 하이드로겔 캡슐화는 양자점이 안정적인 수용액에 도입될 수 있도록 하여 카드뮴 누출 가능성을 낮춥니다.한편, 살아있는 유기체로부터 양자점이 배설되는 과정에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다.[89]

또 다른 잠재적 응용에서, 양자점은 형광 분광법을 이용한 종양의 수술 중 검출을 위한 무기 형광단으로 조사되고 있습니다.

손상되지 않은 양자점을 세포 세포질로 전달하는 것은 기존 기술의 어려움이었습니다.벡터 기반 방법은 양자점의 응집 및 엔도솜 격리를 초래한 반면, 전기광학은 세포질에서 반전도성 입자와 응집 전달된 점을 손상시킬 수 있습니다.세포 압착을 통해, 양자점은 응집을 유도하지 않고, 물질을 엔도솜에 가두거나, 세포 생존력의 심각한 손실 없이 효율적으로 전달될 수 있습니다.또한, 이 접근법에 의해 전달되는 개별 양자점이 세포 세포질에서 검출 가능하다는 것을 보여주었고, 따라서 단일 분자 추적 연구에 대한 이 기술의 가능성을 보여줍니다.[90]

태양광 발전 장치

토론토 대학의 사전트 그룹이 만든 스핀캐스트 양자점 태양전지.전면에 있는 금속 디스크는 아래 층들과 전기적으로 연결된 것입니다.
주요 기사:양자점 태양전지

양자점의 가변 흡수 스펙트럼과 높은 소멸 계수는 광전지와 같은 광수확 기술에 매력적입니다.양자점은 효율성을 증가시키고 오늘날의 전형적인 실리콘 광전지의 비용을 감소시킬 수 있습니다.2004년의 실험 보고서에 따르면,[91] 납 셀레나이드(PbSe)의 양자점은 캐리어 곱셈 또는 다중 엑시톤 생성(MEG)의 과정을 통해 하나의 고에너지 광자로부터 하나 이상의 엑시톤을 생성할 수 있습니다.이는 고에너지 광자당 하나의 여기자만 관리할 수 있는 오늘날의 태양광 전지와 비교할 수 있으며, 높은 운동 에너지 캐리어는 열로써 에너지를 잃습니다.한편, 넓은 밴드갭 호스트 반도체(페로브스카이트와 같은)에 포함된 콜로이드 양자점(예를 들어, 황화납, PbS)의 양자-제한된 접지-상태는 2-광자 흡수 프로세스를 통해, 호스트 밴드갭 미만의 에너지를 갖는 광자로부터 광전류를 생성할 수 있도록 할 수 있으며, 다른 접근법(중간 개재)을 제공합니다.iate band, IB)를 통해 광범위한 태양 스펙트럼을 활용하여 보다 높은 태양광 효율을 달성할 수 있습니다.[92][93]

콜로이드 양자점 광전지는 단순한 화학 반응을 이용해 만들 수 있기 때문에 이론적으로 제조하는 것이 더 저렴할 것입니다.

양자점 전용 태양전지

방향족 자가 조립 단층(SAM)(4-니트로벤조산 등)을 사용하여 전극의 밴드 정렬을 개선하여 효율성을 개선할 수 있습니다.이 기술은 10.7%[94]의 기록적인 전력 변환 효율(PCE)을 제공합니다.SAM은 ZnO-PbS 콜로이드 양자점(CQD) 필름 접합 사이에 위치하여 구성 SAM 분자의 다이폴 모멘트를 통해 밴드 정렬을 수정하고, 밴드 튜닝은 밀도, 다이폴 및 SAM 분자의 배향을 통해 수정될 수 있습니다.[94]

하이브리드 태양전지에서의 양자점

콜로이드 양자점은 무기-유기 하이브리드 태양전지에도 사용됩니다.이러한 태양 전지는 저비용 제조의 가능성과 상대적으로 높은 효율 때문에 매력적입니다.[95]ZnO, TiO2 및 NbO25 나노 물질과 같은 금속 산화물을 유기 광전지에 통합하는 것은 완전한 롤-투-롤(roll-to-roll) 가공을 사용하여 상업화되었습니다.[95]Si 나노와이어/PEDOT에서 13.2%의 전력 변환 효율이 주장됩니다.PSS 하이브리드 태양 전지.[96]

태양전지에 나노와이어가 있는 양자점

또 다른 잠재적인 용도는 CdSe 양자점을 갖는 캡핑된 단결정 ZnO 나노와이어를 포함하며, QD 감응형 태양 전지를 얻기 위해 정공 수송 매체로서 머캅토프로피온산에 침지됩니다.나노와이어의 형태는 전자가 광음극으로 가는 직접적인 경로를 갖도록 했습니다.이러한 형태의 태양 전지는 내부 양자 효율이 50~60%에 이릅니다.[97]

실리콘 나노와이어(SiNW) 및 탄소 양자점 위에 양자점 코팅을 한 나노와이어평면 실리콘 대신 SiNW를 사용하면 Si의 반사 방지 특성이 향상됩니다.[98]SiNW는 SiNW의 광 포획으로 인해 광 포획 효과를 나타냅니다.탄소 양자점과 함께 SiNW를 사용한 결과 태양전지는 9.10% PCE에 달했습니다.[98]

그래핀 양자점은 또한 그래핀 시트와 비교하여 태양광 소자 및 유기 발광 다이오드(OLED)에서 효율을 향상시키고 비용을 낮추기 위해 유기 전자 물질과 혼합되었습니다.이 그래핀 양자점은 UV-가시 흡수로 인한 광발광을 경험하는 유기 리간드로 기능화되었습니다.[99]

발광 다이오드

참고 항목:발광 다이오드 § 양자점 LED 및 양자점 디스플레이

양자점 발광 다이오드(quantum dot light-emitting diode, QD-LED 또는 QLED) 디스플레이 및 양자점 백색 발광 다이오드(quantum dot white-emitting diode, QD-WLED) 디스플레이를 포함하는, 기존의 발광 다이오드(LED) 설계를 개선하기 위한 여러 가지 방법들이 제안되어 있습니다.양자점은 자연스럽게 단색의 빛을 만들어내기 때문에 색을 걸러야 하는 광원보다 더 효율적일 수 있습니다.QD-LED는 실리콘 기판에서 제작될 수 있으며, 이를 통해 표준 실리콘 기반 집적 회로 또는 미세 전기 기계 시스템에 집적될 수 있습니다.[100]

양자점 디스플레이

삼성 QLED TV 8K, 75인치(190cm)
주요 기사:양자점 표시

양자점은 매우 특정한 가우스 분포로 빛을 내기 때문에 디스플레이에 가치가 있습니다.이를 통해 눈에 띄게 정확한 색상이 표시될 수 있습니다.

종래의 컬러 액정 디스플레이(LCD)는 일반적으로 적색, 녹색 및 청색 픽셀을 생성하기 위해 컬러 필터된 형광 램프(CCFL) 또는 종래의 백색 LED에 의해 백라이트된다.양자점 디스플레이는 광원으로 백색 LED가 아닌 청색 발광 LED를 사용합니다.발광된 빛의 변환 부분은 청색 LED 앞에 배치된 해당 색 양자점에 의해, 또는 백라이트 광학 스택 내의 양자점 주입 확산기 시트에 의해 순녹색 및 적색광으로 변환됩니다.파란색 LED 조명이 계속 파란색 색상을 생성할 수 있도록 빈 픽셀도 사용됩니다.LCD 패널의 백라이트와 같은 이러한 백색광은 3개의 LED를 사용하는 RGB LED 조합보다 저렴한 비용으로 최상의 색역을 가능하게 합니다.[101]

양자점 디스플레이가 달성될 수 있는 또 다른 방법은 전계 발광(EL) 또는 전계 방출 방법입니다.이것은 각 개별 픽셀에 양자점을 내장하는 것을 포함합니다.그런 다음 전류 응용 프로그램을 통해 활성화되고 제어됩니다.[102]이 방법은 발광 자체인 경우가 많기 때문에 달성 가능한 색상이 제한될 수 있습니다.[103]전기 방출 QD-LED TV는 실험실에만 존재합니다.

QD는 스펙트럼을 정확하게 변환하고 조정할 수 있기 때문에 LCD 디스플레이에 매력적입니다.이전의 LCD 디스플레이는 에너지를 낭비하여 적녹색의 가난한 빛, 청황색의 풍부한 흰색 빛을 더 균형 잡힌 조명으로 바꿀 수 있습니다.QD를 사용하면 이상적인 이미지에 필요한 색상만 화면에 담깁니다.그 결과 더 밝고, 더 선명하고, 더 에너지 효율적인 화면이 탄생했습니다.양자점의 첫 상업적 응용은 2013년에 출시된 Sony XBR X900A 시리즈입니다.[104]

2006년 6월, QD Vision은 개념 증명 양자점 디스플레이를 만들고 스펙트럼의 가시광선 및 근적외선 영역에서 밝은 발광을 보여주는 기술적 성공을 발표했습니다.스캐닝 현미경 팁(tip)에 집적된 QD-LED를 이용하여 형광 근거리 스캐닝 광학 현미경(NSOM) 이미징을 시연하였습니다.[105]

광검출기

양자점 광검출기(QDP)는 용액 처리를 통해 또는 기존의 단결정 반도체로 제작될 수 있습니다.[106][107]기존의 단결정 반도체 QDP는 성장 조건이 유기 반도체에 필요한 공정 윈도우와 호환되지 않기 때문에 유연한 유기 전자 장치와의 통합이 불가능합니다.반면에, 솔루션 처리된 QDP는 거의 무한한 다양한 기판과 쉽게 통합될 수 있으며, 다른 집적 회로 위에서 후처리될 수도 있습니다.이러한 콜로이드 QDP는 가시광선 및 적외선 카메라,[108] 머신 비전, 산업 검사, 분광학 및 형광 생체의학 이미징에 잠재적으로 적용됩니다.

광촉매

주요 기사:광촉매

양자점은 또한 태양 연료로 가는 통로로서 물을 수소로 가볍게 구동되는 화학적 변환을 위한 광촉매로서 기능합니다.광촉매에서 밴드갭 여기 아래 점에 형성된 전자공 쌍은 주변 액체에서 산화환원 반응을 촉진합니다.일반적으로 점의 광촉매 활성은 입자 크기 및 양자 구속의 정도와 관련이 있습니다.[109]이것은 밴드 갭이 들뜬 상태에서 점에 저장된 화학 에너지를 결정하기 때문입니다.양자점이 광촉매에 사용되는 데 장애가 되는 것은 점 표면에 계면활성제가 존재한다는 것입니다.이러한 계면활성제(또는 리간드)는 물질 전달 및 전자 전달 과정을 느리게 함으로써 점의 화학 반응성을 방해합니다.또한, 금속 칼코게나이드로 이루어진 양자점은 산화조건에서 화학적으로 불안정하여 광부식 반응을 겪습니다.

이론.

양자점은 이론적으로 점과 유사하거나 0차원(0D) 개체로 묘사됩니다.대부분의 특성은 QD가 만들어지는 치수, 모양 및 재료에 따라 달라집니다.일반적으로 QD는 벌크 물질과 다른 열역학적 특성을 나타냅니다.이러한 효과 중 하나가 융점감퇴입니다.구형 금속 QD의 광학적 특성은 미에 산란 이론에 의해 잘 설명됩니다.

반도체의 양자 구속

3차원 제한 전자파는 양자점에서 기능합니다.여기에는 직사각형과 삼각형 모양의 양자점이 표시됩니다.사각형 점의 에너지 상태는 s형과 p형이 더 많습니다.그러나 삼각형 점에서는 구속 대칭으로 인해 파동 함수가 혼합됩니다. (애니메이션을 보려면 클릭)
주요 기사:퍼텐셜우물

상자의 길이에 따라 상태 에너지가 달라지는 상자 모형의 입자를 사용하여 양자점 내 단일 입자의 에너지 수준을 예측할 수 있습니다.양자점 내부의 여기자의 경우, 음전하를 띤 전자와 양전하를 띤 구멍 사이에 쿨롱 상호작용도 있습니다.양자점의 크기를 여기자 보어 반경과 비교함으로써, 세 가지 체제를 정의할 수 있습니다.'강한 구속 체제'에서 양자점의 반지름은 여기자 보어 반지름보다 훨씬 작으며 각각 구속 에너지가 쿨롱 상호작용을 지배합니다.[110]약한 구속' 영역에서 양자점은 여기 보어 반경보다 크고 각각 구속 에너지는 전자와 정공 사이의 쿨롱 상호작용보다 작습니다.여기 보어 반경과 구속 가능성이 비교 가능한 영역을 '중간 구속 영역'이라고 합니다.[111]

양자 구속 효과로 인한 작은 양자점에 대한 에너지 준위의 분할.가로축은 양자점의 반지름 또는 크기이고 ab*는 여기자의 보어 반지름입니다.
밴드갭 에너지
에너지 수준이 분할됨에 따라 강한 구속 영역에서 밴드 갭이 작아질 수 있습니다.여기 보어 반지름은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.
여기서 a = 0.053 nm는 보어 반경, m은 질량, μ는 감소된 질량, ε는 크기에 의존하는 유전율(relative 유전율)입니다.이로 인해 총 방출 에너지(강한 구속 영역의 작은 밴드 갭에 있는 에너지 레벨의 합이 약한 구속 영역의 원래 레벨의 밴드 갭에 있는 에너지 레벨보다 큼)와 다양한 파장에서의 방출이 증가합니다.QD의 크기 분포가 충분히 정점에 도달하지 않은 경우 다중 방출 파장의 컨볼루션은 연속 스펙트럼으로 관찰됩니다.
감금에너지
상자 안의 입자를 사용하여 여기 개체를 모델링할 수 있습니다.전자와 구멍은 보어 모형에서 수소로 볼 수 있으며, 수소 핵이 양전하와 음의 전자 질량의 구멍으로 대체되었습니다.그러면 여기자의 에너지 준위는 질량이 감소된 질량으로 대체된 바닥 수준(n = 1)의 상자 안에 있는 입자의 용액으로 나타낼 수 있습니다.따라서 양자점의 크기를 변화시킴으로써 여기자의 구속 에너지를 조절할 수 있습니다.
결합 들뜸 에너지
음으로 대전된 전자와 양으로 대전된 구멍 사이에는 쿨롱 인력이 있습니다.인력에 포함된 음의 에너지는 Rydberg의 에너지에 비례하고 반도체의 크기에 의존하는 유전 상수의[112] 제곱에 반비례합니다.반도체 결정의 크기가 엑시톤 보어 반경보다 작을 경우 쿨롱 상호작용을 상황에 맞게 수정해야 합니다.

따라서 이러한 에너지의 합은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

여기서 μ는 감소된 질량, a는 양자점의 반지름, m은 자유 전자 질량, m은 홀 질량, ε는 크기에 의존하는 유전 상수입니다.

위의 방정식은 단순화 가정을 사용하여 유도되었지만, 양자점의 전자적 전이는 그 크기에 따라 달라질 것임을 암시합니다.이러한 양자 구속 효과는 임계 크기 이하에서만 나타납니다.입자가 클수록 이 효과가 나타나지 않습니다.양자점에 대한 양자 구속의 이러한 영향은 실험적으로[113] 반복적으로 검증되었으며, 많은 새로운 전자 구조의 주요 특징입니다.[114]

제한된 캐리어 사이의 쿨롱 상호작용은 점근 근사치에 의해 제약되지 않은 결과를 추구할 때 수치적인 방법으로 연구될 수도 있습니다.[115]

모든 3차원(즉, 양자점)에서의 구속 외에, 다른 양자 구속 반도체는 다음과 같습니다.

  • 전자나 구멍을 두 공간 차원에 가두고 세 번째 공간에서 자유 전파를 허용하는 양자선.
  • 전자나 구멍을 1차원으로 가두고 2차원으로 자유로운 전파를 허용하는 양자 우물.

모델들

양자점의 광학적, 전자적 및 구조적 특성을 모델링하기 위해 다양한 이론적 프레임워크가 존재합니다.이들은 크게 양자역학적, 반고전적, 고전적으로 나눌 수 있습니다.

양자역학

양자점의 양자역학적 모델과 시뮬레이션은 종종 유사 퍼텐셜 또는 랜덤 행렬과의 전자의 상호작용을 수반합니다.[116]

세미클래식

양자점의 반고전 모델은 종종 화학적 잠재력을 포함합니다.예를 들어, N-입자 시스템의 열역학적 화학 퍼텐셜은 다음과 같이 주어집니다.

에너지 항은 슈뢰딩거 방정식의 해로 구할 수 있습니다.정전용량의 정의,

잠재적인 차이를 두고

개별 전자의 추가 또는 제거와 함께 양자점에 적용될 수 있습니다.

그리고나서

양자 점의 양자 용량으로, I(N)의 이온화 전위와 A(N)[117]의 전자 친화도로 표시합니다.

고전역학

양자점에서 전자의 정전기적 특성에 대한 고전적인 모델은 단위 구에 전자를 최적으로 분포시키는 톰슨 문제와 본질적으로 유사합니다.

구형 양자점에 국한된 전자의 고전적인 정전기 처리는 원자의 톰슨 또는 [118]플럼 푸딩 모델에서의 처리와 유사합니다.[119]

2차원 및 3차원 양자점 모두의 고전적인 처리는 전자 껍질 채우기 동작을 나타냅니다.2차원 양자점에 대한 "고전 인공 원자의 주기율표"가 설명되었습니다.[120]또한 3차원 톰슨 문제와 주기율표를 통해 발견되는 자연 발생 원자에서 발견되는 전자 껍질 충전 패턴 사이의 몇 가지 연결이 보고되었습니다.[121]이 후자의 작업은 이상적인 유전체 구로 표현되는 구 모양의 양자점에서 전자의 고전적인 정전기 모델링에서 비롯되었습니다.[122]

역사

수천 년 동안, 유리 제조자들은 은, 금, 카드뮴과 같은 다른 먼지와 가루 원소들을 첨가함으로써 색깔이 있는 유리를 만들 수 있었습니다. 그리고 나서 유리의 색조들을 만들기 위해 다른 온도들을 가지고 놀았습니다.19세기에 과학자들은 유리 색깔이 어떻게 요소들과 가열-냉각 기술들에 따라 달라지는지를 이해하기 시작했습니다.또한 동일한 성분과 준비물의 경우 먼지입자의 크기에 따라 색상이 달라지는 것으로 나타났습니다.[123]

최초의 양자점은 알렉세이 A에 의해 유리 매트릭스로 합성되었습니다.1981년에 Vavilov State[124][125][126][127] Optical Institute에서 독립적으로 Louis E에 의한 콜로이드 정지[128] 상태에서 오누셴코와 알렉세이 에키모프. 1983년 Bell Labs의 Brus 팀.[129][130]그것들은 1982년에 알렉산더 에프로스에 의해 처음 이론화 되었습니다.[131]매우 작은 입자에 대해 나타나는 광학적 변화가 양자역학적 효과 때문이라는 것이 빠르게 밝혀졌습니다.[123]

양자점이라는 용어는 1986년 마크 리드가 처음으로 쓴 논문에 처음 등장했습니다.[132]Brus에 따르면, "양자점"이라는 용어는 Daniel S에 의해 만들어졌습니다. 그들이 벨 연구소에서 일하는 동안 켐라 [데].[133]

1993년 데이비드 J. 노리스, 크리스토퍼 B. Murray and Moungi Bawendi(매사추세츠 공과대학)는 잘 정의된 크기와 높은 광학 품질을 가진 재현 가능한 양자점을 생산하기 위한 핫-주입 합성 방법에 대해 보고했습니다.이 방법은 광범위한 영역에서 양자점의 대규모 기술 응용 개발의 문을 열었습니다.[134][123]

2023년 노벨 화학상은 "양자점을 발견하고 합성한 공로"로 바웬디, 브루스, 에키모프에게 수여되었습니다.[135]

참고 항목

참고문헌

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외부 링크