Los puntos cuánticos ( QD ) son partículas semiconductoras de unos pocos nanómetros de tamaño, que tienen propiedades ópticas y electrónicas que difieren de las partículas más grandes debido a la mecánica cuántica . Son un tema central en la nanotecnología . Cuando los puntos cuánticos se iluminan con luz ultravioleta, un electrón en el punto cuántico puede excitarse a un estado de mayor energía. En el caso de un punto cuántico semiconductor , este proceso corresponde a la transición de un electrón de la banda de valencia a la banda de conductancia.. El electrón excitado puede volver a caer en la banda de valencia liberando su energía mediante la emisión de luz. Esta emisión de luz ( fotoluminiscencia ) se ilustra en la figura de la derecha. El color de esa luz depende de la diferencia de energía entre la banda de conductancia y la banda de valencia , o la transición entre estados de energía discretizados cuando la estructura de la banda ya no es una buena definición en QD.
En el lenguaje de la ciencia de los materiales , los materiales semiconductores a nanoescala confinan estrechamente electrones o huecos de electrones . Los puntos cuánticos a veces se denominan átomos artificiales , enfatizando su singularidad, que tienen estados electrónicos discretos y unidos , como átomos o moléculas naturales . [1] [2] Se demostró que las funciones de onda electrónicas en los puntos cuánticos se asemejan a las de los átomos reales. [3] Al acoplar dos o más puntos cuánticos de este tipo , se puede hacer una molécula artificial que muestre hibridación incluso a temperatura ambiente.[4]
Los puntos cuánticos tienen propiedades intermedias entre los semiconductores a granel y los átomos o moléculas discretos. Sus propiedades optoelectrónicas cambian en función tanto del tamaño como de la forma. [5] [6] Los QD más grandes de 5 a 6 nm de diámetro emiten longitudes de onda más largas , con colores como el naranja o el rojo. Los QD más pequeños (2–3 nm) emiten longitudes de onda más cortas, lo que produce colores como el azul y el verde. Sin embargo, los colores específicos varían según la composición exacta del QD. [7]
Las aplicaciones potenciales de los puntos cuánticos incluyen transistores de un solo electrón , células solares , LED , láseres , [8] fuentes de un solo fotón , [9] [10] [11] generación de segundo armónico , computación cuántica , [12] investigación en biología celular, [13] microscopía , [14] e imágenes médicas . [15] Su pequeño tamaño permite que algunos QD se suspendan en la solución, lo que puede conducir a su uso en la impresión de inyección de tinta y el revestimiento por rotación. [dieciséis]Se han utilizado en películas delgadas de Langmuir-Blodgett . [17] [18] [19] Estas técnicas de procesamiento dan como resultado métodos de fabricación de semiconductores menos costosos y que consumen menos tiempo .
Hay varias formas de fabricar puntos cuánticos. Los posibles métodos incluyen síntesis coloidal, autoensamblaje y activación eléctrica.