Os chamados pontos quânticos são uma nova classe de materiais com muitas aplicações. Os pontos quânticos são realizados por minúsculos cristais semicondutores com dimensões na faixa dos nanômetros. As propriedades ópticas e elétricas podem ser controladas pelo tamanho desses cristais. Como QLEDs, eles já estão no mercado nas últimas gerações de telas planas de TV, onde eles garantem uma reprodução de cores particularmente brilhante e de alta resolução. Contudo, pontos quânticos não são usados ​​apenas como corantes, eles também são usados ​​em células solares ou como dispositivos semicondutores, até os blocos de construção computacionais, os qubits, de um computador quântico.

Agora, uma equipe liderada pela Dra. Annika Bande no HZB ampliou o entendimento da interação entre vários pontos quânticos com uma visão atomística em uma publicação teórica.

Annika Bande lidera o grupo "Teoria da Dinâmica Eletrônica e Espectroscopia" no HZB e está particularmente interessada nas origens dos fenômenos físicos quânticos. Embora os pontos quânticos sejam nanocristais extremamente pequenos, eles consistem em milhares de átomos com, por sua vez, múltiplos de elétrons. Mesmo com supercomputadores, a estrutura eletrônica de tal cristal semicondutor dificilmente poderia ser calculada, enfatiza o químico teórico, que recentemente concluiu sua habilitação na Freie Universität. "Mas estamos desenvolvendo métodos que descrevem o problema aproximadamente, "Bande explica." Neste caso, trabalhamos com versões de pontos quânticos em escala reduzida de apenas cerca de cem átomos, que, no entanto, apresentam as propriedades características de nanocristais reais. "

Com esta abordagem, após um ano e meio de desenvolvimento e em colaboração com o Prof. Jean Christophe Tremblay do CNRS-Université de Lorraine em Metz, conseguimos simular a interação de dois pontos quânticos, cada um feito de centenas de átomos, que trocam energia entre si. Especificamente, investigamos como esses dois pontos quânticos podem absorver, trocar e armazenar permanentemente a energia controlada pela luz. Um primeiro pulso de luz é usado para excitação, enquanto o segundo pulso de luz induz o armazenamento.

No total, investigamos três pares diferentes de pontos quânticos para capturar o efeito do tamanho e da geometria. Calculamos a estrutura eletrônica com a maior precisão e simulamos o movimento eletrônico em tempo real na resolução de femtossegundos (10 ^-15 s).

Os resultados também são muito úteis para pesquisa experimental e desenvolvimento em muitos campos de aplicação, por exemplo, para o desenvolvimento de qubits ou para apoiar a fotocatálise, para produzir gás hidrogênio verde pela luz solar. "Estamos constantemente trabalhando para estender nossos modelos para descrições ainda mais realistas de pontos quânticos, "diz Bande, "por exemplo, para capturar a influência da temperatura e do ambiente."