Hacia la tomografía de una sola partícula de nanomateriales excitados Arriba:Imagen de vista lateral de un punto cuántico con un defecto excitado por un láser (verde) enrollado para presentar una orientación diferente. STM:Imagen STM convencional de un punto cuántico antes (derecha) y después de una rollo (izquierda) .SMA:corte a través de la densidad electrónica del punto cuántico excitado antes y después del mismo rollo DFT (teoría funcional de la densidad):cálculo cuántico 3-D de un defecto de punto cuántico proyectado en cortes en dos orientaciones para comparar con experimentar. Crédito:Martin Gruebele
Los puntos cuánticos están ocupando un lugar central en las aplicaciones emergentes y los desarrollos de investigación, desde televisores LCD mejorados y células solares de película delgada, a la transferencia de datos de alta velocidad y al etiquetado fluorescente en aplicaciones biomédicas.
Los investigadores todavía están estudiando cómo controlar con precisión el crecimiento de estas partículas a nanoescala y su comportamiento cuántico subyacente. Por ejemplo, se forman defectos durante la producción de materiales semiconductores, por lo que los puntos idénticos pueden diferir en composición entre sí.
Para obtener más información sobre estos defectos, y si son una pesadilla o una ventaja, un equipo de investigación de EE. UU., de la Universidad de Illinois y la Universidad de Washington, tiene, por primera vez, imagen demostrada de un punto cuántico excitado electrónicamente en múltiples orientaciones. Informan sus hallazgos esta semana en La Revista de Física Química .
"Comprender cómo la presencia de defectos localiza los estados electrónicos excitados de los puntos cuánticos ayudará a avanzar en la ingeniería de estas nanopartículas, ", dijo Martin Gruebele de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign y coautor del artículo.
Los defectos a menudo se consideran una molestia, pero en el caso de las aplicaciones de puntos cuánticos, se crean deliberadamente dopando cualquier número de materiales para impartir funciones específicas. "[M] emitir átomos en un punto cuántico o sustituir un tipo diferente de átomo son defectos que alterarán la estructura electrónica y cambiarán la semiconductividad, catálisis u otras propiedades de nanopartículas, ", Dijo Gruebele." Si podemos aprender a caracterizarlos mejor y controlar con precisión cómo se producen, los defectos se convertirán en dopantes deseables en lugar de una molestia ".
En 2005, El equipo de Gruebele creó una nueva técnica de imagen, llamada microscopía de túnel de barrido de absorción de una sola molécula (SMA-STM), que combina la alta resolución espacial de un microscopio de efecto túnel con la resolución espectral de un láser. SMA-STM permite obtener imágenes de nanopartículas individuales en un rayo láser, para que se pueda visualizar su estructura electrónica excitada.
Usando el delgado, punta de alambre de metal afilado del microscopio de túnel de barrido, hacen rodar el punto cuántico excitado por láser en la superficie para formar cortes de imagen en diferentes orientaciones. Los cortes se pueden combinar para reconstruir una imagen tridimensional de un punto cuántico excitado electrónicamente.
Si bien la investigación en este artículo se limitó a puntos cuánticos de sulfuro de plomo y seleniuro de cadmio / sulfuro de zinc, la técnica puede potencialmente expandirse a otras composiciones. Es más, SMA-STM también se puede utilizar para explorar otras nanoestructuras, tales como nanotubos de carbono y grupos de metales fotocatalíticos.
Los investigadores ahora están trabajando para hacer que SMA-STM se convierta en una técnica de tomografía de una sola partícula. Pero, antes de que SMA-STM se convierta en un "verdadero enfoque de tomografía de una sola partícula, "todavía tienen que asegurarse de que el escaneo y el rodado no dañen la nanopartícula mientras se reorienta.
"Especulamos que, en el futuro, puede ser posible realizar una tomografía de partículas individuales si se puede evitar el daño a los puntos cuánticos durante la manipulación repetida, "Dijo Gruebele.
La tomografía de una sola partícula proporcionaría una imagen más clara que la tomografía convencional al identificar los defectos en las nanopartículas individuales en lugar de volver a crear una imagen tridimensional promediada que combina las mediciones de muchas partículas.
