Un nouvel post du journal Science donne un aperçu de près de trois décennies de recherche sur les factors quantiques colloïdaux, évalue les progrès technologiques pour ces spécifications nanométriques de matière semi-conductrice et évalue les défis restants sur la voie d’une commercialisation généralisée de cette technologie prometteuse avec apps dans tout, des téléviseurs aux capteurs solaires hautement efficaces.



« Il y a trente ans, ces buildings n’étaient qu’un sujet de curiosité scientifique étudié par un petit groupe de passionnés. Au fil des ans, les factors quantiques sont devenus des matériaux de qualité industrielle exploités dans une gamme de technologies traditionnelles et émergentes, dont certaines ont déjà trouvé leur chemin vers les marchés commerciaux « , a déclaré Victor I. Klimov, co-auteur de l’article et chef de l’équipe chargée de la recherche sur les points quantiques au Laboratoire national de Los Alamos.

De nombreuses avancées décrites dans l’article Science proviennent de Los Alamos, y compris la première démonstration du laser à points quantiques colloïdaux, la découverte de la multiplication des porteurs, des recherches pionnières sur les diodes électroluminescentes à factors quantiques (DEL) et les concentrateurs solaires luminescents, et des études récentes émetteurs quantiques à details.



En utilisant la chimie colloïdale moderne, les proportions et la composition interne des details quantiques peuvent être manipulées avec une précision proche de l’atome, ce qui permet un contrôle très précis de leurs propriétés physiques et donc de leurs comportements dans des dispositifs pratiques.

Un particular nombre d’efforts en cours sur les apps pratiques des factors quantiques colloïdaux ont exploité l’accordabilité à taille contrôlée de leur couleur d’émission et des rendements quantiques à haute émission proches de la limite idéale de 100 %. Ces propriétés sont intéressantes pour les écrans et l’éclairage, les systems où les factors quantiques sont utilisés comme luminophores de conversion de couleur. En raison de leur émission à bande étroite et accordable spectralement, les details quantiques permettent une pureté des couleurs améliorée et une couverture furthermore complète de l’ensemble de l’espace colorimétrique par rapport aux matériaux phosphorescents existants. Certains de ces appareils, tels que les téléviseurs à details quantiques, ont déjà atteint la maturité technologique et sont disponibles sur les marchés commerciaux.

La prochaine frontière est la création de LED technologiquement viables, alimentées par des points quantiques à commande électrique. La revue Science décrit diverses approches pour mettre en œuvre ces dispositifs et discute des défis existants. Les LED quantiques ont déjà atteint une luminosité impressionnante et des efficacités presque idéales proches des limites théoriquement définies. Une grande partie de ces progrès a été motivée par des progrès continus dans la compréhension des facteurs limitant les performances tels que la recombinaison Auger non radiative.

L’article traite également du statut et des défis des lasers à points quantiques pouvant être traités en answer.

« La mise à disposition de ces lasers bénéficierait à une gamme de systems. la interaction optique, les plates-formes de laboratoire sur puce, les dispositifs portables et les diagnostics médicaux », a déclaré Klimov.

Les chercheurs de Los Alamos ont contribué à des avancées clés dans ce domaine, notamment l’élucidation des mécanismes d’amplification de la lumière dans les nanostructures colloïdales et la première démonstration d’un effet laser utilisant ces matériaux.

« Le principal défi actuel est de démontrer le laser avec pompage électrique », a déclaré Klimov.  » Los Alamos a été responsable de plusieurs étapes importantes sur la voie de cet objectif, notamment la réalisation d’un get optique avec excitation électrique et le développement de dispositifs à double fonction qui fonctionnent comme un laser à pompage optique et une LED common à commande électrique.  »

Les points quantiques sont également d’une grande utilité potentielle dans les systems de récolte solaire et de détection de la lumière. En raison de leur bande interdite réglable, ils peuvent être conçus pour cibler une gamme particulière de longueurs d’onde. Dans le domaine des technologies de l’énergie solaire, les points quantiques colloïdaux ont été exploités en tant qu’éléments actifs des cellules solaires et des capteurs solaires luminescents.

l’approche par details quantiques pourrait être utilisée pour réaliser une nouvelle génération de dispositifs PV à couche mince peu coûteux préparés par des procedures évolutives basées sur des alternatives telles que le traitement rouleau par rouleau. En outre. L’un de ces processus, la multiplication des porteurs. Ce processus, signalé pour la première fois par des chercheurs de Los Alamos en 2004.

« Un autre domaine très prometteur est celui des concentrateurs solaires luminescents à factors quantiques ou LSC », a déclaré Klimov.  » En utilisant l’approche LSC, on peut, en principe, convertir des fenêtres ou des revêtements muraux typical en dispositifs de generation d’électricité. En as well as des modules solaires sur le toit, cela pourrait aider à alimenter un bâtiment entier en énergie propre. Alors que le concept LSC a été introduit en Dans les années 1970, il n’a véritablement prospéré que récemment en raison de l’introduction de points quantiques spécialement conçus.  »

Les chercheurs de Los Alamos ont contribué à de nombreuses avancées importantes dans le domaine des LSC, notamment le développement d’approches pratiques pour résoudre le problème de l’auto-absorption de la lumière et le développement de dispositifs bicouches (tandem) à haute efficacité. Plusieurs begin-ups, dont une spin-off du laboratoire, UbiQD Inc. poursuivent activement la commercialisation d’une technologie LSC à points quantiques.