Квантові точки

Для того щоб отримати загальне уявлення про властивості матеріальних предметів і законах, відповідно до яких «живе» звичний кожному макросвіт, зовсім не обов`язково закінчувати вищий навчальний заклад, адже щодня кожен стикається з їх проявами. Хоча останнім часом все частіше згадується принцип подібності, прихильники якого стверджують, що мікро і макросвіт вельми схожі, тим не менше, різниця, все ж, є. Особливо це помітно при дуже незначних розмірах тіл і об`єктів. Квантові точки, іноді звані наноточкамі, якраз являють собою один з цих випадків.

Менше меншого

Давайте згадаємо класичне пристрій атома, наприклад, водню. Він включає в себе ядро, яке завдяки присутності в ньому позитивно зарядженого протона володіє плюсовим електричним зарядом, тобто +1 (так як водень - перший елемент в таблиці Менделєєва). Відповідно, на певній відстані від ядра знаходиться електрон (-1), формуючи електронну оболонку. Очевидно, що якщо збільшити значення заряду ядра, то це спричинить приєднання нових електронів (нагадаємо: в цілому атом електрично нейтральний).

Відстань між кожним електроном і ядром визначається рівнями енергії негативно заряджених частинок. Кожна орбіта є постійною, сумарна конфігурація частинок визначає матеріал. Електрони можуть перескакувати з однієї орбіти на іншу, поглинаючи або виділяючи енергію за допомогою фотонів тієї чи іншої частоти. На найбільш віддалених орбітах перебувають електрони з максимальним рівнем енергії. Що цікаво, сам фотон проявляє двоїсту природу, визначаючись одночасно як безмасові частка і електромагнітне випромінювання.

Терміни

Саме слово «фотон» грецького походження, воно означає «частка світла». Отже, можна стверджувати, що при зміні електроном своєї орбіти, він поглинає (виділяє) квант світла. У даному випадку доречно пояснити сенс іншого слова - «квант». Насправді нічого складного немає. Слово походить від латинського «quantum», що дослівно перекладається як найменше значення будь-якої фізичної величини (тут - випромінювання). Пояснимо на прикладі, що таке квант: якби при вимірюванні ваги найменшою неподільною величиною був міліграм, то його можна було б так назвати. Ось так просто пояснюється, здавалося б, складний термін.

Квантові точки: роз`яснення

Часто в підручниках можна зустріти наступне визначення для наноточкі - це надзвичайно маленька частинка якого-небудь матеріалу, розміри якої можна порівняти з величиною випромінюваної довжини хвилі електрона (повний спектр охоплює межа від 1 до 10 нанометрів). Всередині неї значення потенційної енергії одиничного носія негативного заряду менше, ніж поза, тому електрон обмежений у переміщеннях.

Проте термін «квантові точки» може бути пояснений інакше. Електрон, що поглинув фотон, «піднімається» на більш високу енергетичну щабель, а на його місці утворюється «недостача» - так звана дірка. Відповідно, якщо електрон має -1 зарядом, то дірка +1. Прагнучи повернутися до колишнього стійкого стану, електрон випромінює фотон. Зв`язок носіїв зарядів «-» і «+» в даному випадку носить назву екситон і у фізиці розуміється як частка. Її розмір залежить від рівня поглиненої енергії (більш високої орбіти). Квантові точки якраз і є цими частками. Частота випромінюваної електроном енергії безпосередньо залежить від розміру частки даного матеріалу і екситона. Варто відзначити, що в основі колірного сприйняття світла людським оком лежить різна енергія фотонів. Кожному кольору притаманна певна частота електромагнітного випромінювання.