[bluemonster]

Cũng đã lâu lắm rồi mình ko viết những bài thế này, nhận thấy nhuyệt huyết khoa học càng ngày càng giảm ! hix ! Thế nên bây giờ sẽ siêng năng viết bài lại, một mặt đóng góp vào thư viện kiến thức chemvn, một mặt cũng giúp mình hiểu sâu hơn (qua thảo luận với anh em), một mặt giữ được tình yêu khoa học của bản thân !

Đây là chủ đề seminar chuyên ngành của mình đợt vừa rồi, mình sẽ review lại, hi vọng anh em có thể nhào vô thảo luận hen !

Tổng quan Quantum dots

1. Định nghĩa: Quantum dots (QDs) là những tinh thể nano bán dẫn (semiconductor nanoncrystal), được cấu thành từ các cặp nguyên tố thuộc các cặp phân nhóm như II-VI, III-V, IV-VI, với kích thước từ 2-10 nm, chẳng hạn như các hệ CdSe, ZnS, ... Mỗi QD có thể chứa từ 100-1000 nguyên tử.



Có thể nói, nếu các quantum dot được sắp xếp theo một phương nhất định nào đó, với kích thước 10 nm, thì khoảng 3 triệu QDs có thể đạt được chiều rộng ngang với ngón tay cái

2. Đặc trưng cơ bản của quantum dots:

a. Là một nhánh của chất bán dẫn: mục này anh em tham khảo nguyên lý chung của semiconductor nhé !
http://en.wikipedia.org/wiki/Semiconductor
Tuy nhiên, mình cũng lưu ý một điểm trong việc định nghĩa valence band và conductive band, bandgap, như sau:
+ Vùng cấm năng lượng electron được gọi là bandgap
+Các electron chiếm các mức năng lượng ở dưới bandgap gọi là vùng hoá trị (valence band)
+ Các electron chiếm các mức năng lượng ở trên bandgap gọi là vùng dẫn (conductive band)

b. Bandgap của QDs:
Trong hệ bán dẫn, các electrons khác nhau có mức năng lượng khác nhau. Trong hệ bán dẫn lớn, các mức năng lượng đó tương đối gần nhau, và có thể nói các mức năng lượng này trở nên liên tục (continuous) tạo thành một dãy, nghĩa là không có sự khác nhau về năng lượng giữa chúng. Tác động quan trọng nhất của sự liên tục các mức năng lượng trong hệ bán dẫn lớn chính là bandgap của hệ ổn định và không đổi
Đối với QDs, các mức năng lượng trong hệ tách biệt nhau, bất kì một sự thêm vào hay trừ bớt một nguyên tử hay một electron trong hệ đều dẫn tới thay đổi bandgap. Đó là một tính chất rất hữu ích và làm cho quantum dots trở thành hệ quan trọng. Bởi vì sự thêm vào hay bớt ra một nguyên tử hay một electron thì không khó, dẫn tới việc thay đổi bandgap của vật liệu không khó, và từ đó các tác nhân kích thích cũng thay đổi dễ dàng.
Bandgap của hệ quantum dots thường lớn hơn trong hệ bulk semiconductor nhiều.

c. Sự giam hãm lượng tử (quantum confinement):
Đây là một đặc trưng hết sức quan trọng của QDs.
Để hiểu được quantum confinement, mình sơ lược qua bán kích kích thích Borh (exciton Bohr radius). Khi một electron ở vùng hóa trị được kích thích lên vùng dẫn, khỏang cách giữa 2 mức năng lượng được định nghĩa là bán kính kích thích Bohr. Đây là một đại lượng đặc trưng cho từng vật liệu khác nhau.
Sự giam hãm lượng tử tức là khi electrons và holes trong một chất bán dẫn bị giam hãm (restricted) ở một hay nhiều phương khác nhau. Một quantum dot thì bị giam hãm ở tất cả ba chiều không gian.
Sự giam hãm lượng tử xảy ra khi một hay nhiều chiều của nanocrystal có kích thước quá nhỏ, tương đương với bán kính kích thích Bohr của nó. Một quantum dot có cấu trúc ở tất cả các chiều đều gần với Bohr exciton radius, đó là cấu trúc hình cầu nano chuẩn.



d. Sự phụ thuộc của bandgap vào kích thước và cấu trúc:
Lợi dụng tính chất này mà QDs đưa ra được rất nhiều ứng dụng trong thực tế. Do mỗi QD có kích thước nhỏ, mỗi electron hay nguyên tử chiếm một mức năng lượng khác nhau, và biên của bandgap ko liên tục --> ko bền, dễ bị thay đổi khi ta thay đổi thành phần cấu trúc cũng như thành phần electron của QD.



Hình bên trái là hệ CdSe với các kích thước khác nhau, còn hình bên phải là sự phát xạ hùynh quang khác nhau (bandgap khác nhau) khi thay đổi thành phần Se và Te trong cấu trúc.

(Còn nữa)