Los llamados puntos cuánticos son una nueva clase de materiales con muchas aplicaciones. Los puntos cuánticos se obtienen mediante diminutos cristales semiconductores con dimensiones en el rango nanométrico. Las propiedades ópticas y eléctricas se pueden controlar mediante el tamaño de estos cristales. Como QLED, ya están en el mercado en las últimas generaciones de televisores de pantalla plana, donde aseguran una reproducción de color particularmente brillante y de alta resolución. Sin embargo, los puntos cuánticos no solo se utilizan como tintes, también se utilizan en células solares o como dispositivos semiconductores, hasta bloques de construcción computacionales, los qubits, de una computadora cuántica.

Ahora, un equipo dirigido por la Dra. Annika Bande en HZB ha ampliado la comprensión de la interacción entre varios puntos cuánticos con una visión atomística en una publicación teórica.

Annika Bande encabeza el grupo de "Teoría de la dinámica electrónica y espectroscopía" en HZB y está particularmente interesada en los orígenes de los fenómenos físicos cuánticos. Aunque los puntos cuánticos son nanocristales extremadamente pequeños, constan de miles de átomos con, Sucesivamente, múltiplos de electrones. Incluso con supercomputadoras, la estructura electrónica de tal cristal semiconductor difícilmente podría calcularse, enfatiza el químico teórico, quien recientemente completó su habilitación en Freie Universität. "Pero estamos desarrollando métodos que describen el problema aproximadamente, "Bande explica." En este caso, Trabajamos con versiones reducidas de puntos cuánticos de solo unos cien átomos, que, sin embargo, presentan las propiedades características de los nanocristales reales ".

Con este enfoque, después de un año y medio de desarrollo y en colaboración con el Prof. Jean Christophe Tremblay de la CNRS-Université de Lorraine en Metz, logramos simular la interacción de dos puntos cuánticos, cada uno hecho de cientos de átomos, que intercambian energía entre sí. Específicamente, hemos investigado cómo estos dos puntos cuánticos pueden absorber, intercambiar y almacenar permanentemente la energía controlada por la luz. Se utiliza un primer pulso de luz para la excitación, mientras que el segundo pulso de luz induce el almacenamiento.

En total, Investigamos tres pares diferentes de puntos cuánticos para capturar el efecto del tamaño y la geometría. Calculamos la estructura electrónica con la mayor precisión y simulamos el movimiento electrónico en tiempo real a una resolución de femtosegundos (10 ^-15 s).

Los resultados también son muy útiles para la investigación y el desarrollo experimental en muchos campos de aplicación, por ejemplo para el desarrollo de qubits o para apoyar la fotocatálisis, para producir gas hidrógeno verde por la luz solar. "Trabajamos constantemente para ampliar nuestros modelos hacia descripciones aún más realistas de puntos cuánticos, "dice Bande, "por ejemplo, para capturar la influencia de la temperatura y el medio ambiente".