Новый механизм излучения белого света с применением квантовых точек.

До настоящего момента квантовые точки были преимущественно известны за их способность производить множество различных цветов в зависимости от их размеров (что оказалось особенно удобным для флуоресцентных меток в биомедицинских применениях). Однако химики из Университета Вандербилта (Vanderbilt University) нашли способ, позволяющий заставить квантовые точки излучать в широком диапазоне частот, то есть производить белый свет. Соответствующая статья была опубликована в октябрьском журнале American Chemical Society.

В течение последних нескольких лет светодиоды начали вытеснять лампы накаливания и люминесцентные лампы в ряде приложений. Хотя они и значительно дороже, их эффективность (количество излученного света по отношению к подведенной энергии) вдвое выше, чем у ламп накаливания; срок службы – в 50 раз дольше. Кроме того, они крайне устойчивы к механическим воздействиям. Так как светодиоды делаются с использованием технологий полупроводникового производства, их стоимость постоянно снижается.

До 1993 года выпускались светодиоды, излучающие только красный, зеленый и желтый свет. Затем компания Nichia Chemical в Японии создала голубой светодиод. Комбинируя голубой, красный и зеленый светодиоды (или добавляя желтый фосфор в голубой светодиод), стало возможным выпускать и белые светодиоды. Однако такой свет имел холодный, голубоватый оттенок. Между тем, квантовые точки излучают более теплые тона белого света, как отмечает Майкл Боуэрс (Michael Bowers), аспирант, создавший квантовые точки и открывший их необычное свойство. Разумеется, квантовые точки, так же, как и светодиоды, не излучают много энергии в инфракрасном диапазоне, которая вызывает лишь нагрев и снижает эффективность.

Случайное открытие было сделано на самых маленьких кристаллах кадмия и селена, которые содержали либо 33, либо 34 пары атомов (так называемый «магический размер» кристаллов, который они формировали в первую очередь). Именно благодаря таким свойствам, выращивание этих нанокристаллов не составило большого труда, хотя их размер и составлял лишь половину от размера обычных квантовых точек. После того, как Боуэрс осветил лазером раствор, содержащий выращенные им нанокристаллы, он удивился: «Я ожидал увидеть голубой свет. Вместо этого там было красивое белое свечение».

Сандра Розенталь (Sandra Rosenthal), профессор химии и руководитель лаборатории, где было сделано открытие, поясняет: «В нанокристаллах большего размера свет генерируется только в центре кристалла. Однако если размер кристалла уменьшается, то излучающей становится поверхность кристалла, что и приводит к расширению спектра».

Разумеется, данное исследование – не первое, направленное на использование квантовых точек для создания гибридных белых светодиодов. Другие доклады описывают получение этого эффекта путем добавления дополнительных веществ, которые при взаимодействии с кристаллами и дают белый свет. В то же время, квантовые точки с «магическими размерами» производят белый свет без каких-либо химических примесей. Кроме того, их создание занимает меньше часа, тогда как у других групп – от недели до месяца.

По мнению Розенталь, полученное открытие можно использовать для создания «электролюминесцентного устройства» - источника света, напрямую питаемого электричеством. Другие исследовательские группы уже сообщали о стимуляции излучения квантовых точек протекающим током. Теперь приоритетной задачей в лаборатории является объединение двух эффектов.

Создание ламп накаливания было преимущественно механическим процессом. Светодиоды создаются по технологиям полупроводниковой промышленности. В то случае, если начнется применение квантовых точек, светотехническая индустрия, в основном, станет химическим производством.