Os pontos quânticos estão rapidamente assumindo o centro do palco em aplicações emergentes e desenvolvimentos de pesquisa, de TVs LCD aprimoradas e células solares de película fina, para transferência de dados de alta velocidade e rotulagem fluorescente em aplicações biomédicas.

Os pesquisadores ainda estão estudando como controlar com precisão o crescimento dessas partículas em nanoescala e seu comportamento quântico subjacente. Por exemplo, defeitos se formam durante a produção de materiais semicondutores, portanto, pontos idênticos podem diferir em composição uns dos outros.

Para saber mais sobre esses defeitos - e se eles são uma maldição ou uma vantagem - uma equipe de pesquisa dos EUA, da University of Illinois e da University of Washington, tem, pela primeira vez, imagem demonstrada de um ponto quântico eletronicamente excitado em múltiplas orientações. Eles relatam suas descobertas esta semana em The Journal of Chemical Physics .

"Compreender como a presença de defeitos localiza estados eletrônicos excitados de pontos quânticos ajudará a avançar a engenharia dessas nanopartículas, "disse Martin Gruebele, da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign e co-autor do artigo.

Os defeitos são frequentemente considerados um incômodo, mas no caso de aplicações de pontos quânticos, eles são criados propositalmente por dopagem de qualquer número de materiais para conferir funções específicas. "[M] emitir átomos em um ponto quântico ou substituir um tipo diferente de átomo são defeitos que irão alterar a estrutura eletrônica e mudar a semicondutividade, catálise ou outras propriedades de nanopartículas, "Disse Gruebele." Se pudermos aprender a caracterizá-los melhor e controlar com precisão como são produzidos, defeitos se tornarão dopantes desejáveis ​​em vez de um incômodo. "

Em 2005, A equipe de Gruebele criou uma nova técnica de imagem, chamado microscopia de tunelamento de varredura de absorção de molécula única (SMA-STM), que combina a alta resolução espacial de um microscópio de tunelamento de varredura com a resolução espectral de um laser. SMA-STM permite que nanopartículas individuais sejam fotografadas em um feixe de laser, para que sua estrutura eletrônica excitada possa ser visualizada.

Usando o fino, ponta afiada de fio de metal do microscópio de tunelamento, eles rolam o ponto quântico excitado por laser na superfície para fatias de imagem em diferentes orientações. As fatias podem ser combinadas para reconstruir uma imagem 3-D de um ponto quântico excitado eletronicamente.

Embora a pesquisa neste artigo tenha se limitado a pontos quânticos de sulfeto de chumbo e seleneto de cádmio / sulfeto de zinco, a técnica pode ser potencialmente expandida para outras composições. Além disso, SMA-STM também pode ser usado para explorar outras nanoestruturas, como nanotubos de carbono e aglomerados de metais fotocatalíticos.

Os pesquisadores agora estão trabalhando para desenvolver o SMA-STM em uma técnica de tomografia de partícula única. Mas, antes que SMA-STM se torne uma "verdadeira abordagem de tomografia de partícula única, “eles ainda precisam garantir que a varredura e o rolamento não danifiquem a nanopartícula enquanto ela está sendo reorientada.

"Nós especulamos que, no futuro, pode ser possível fazer tomografia de partícula única se o dano aos pontos quânticos puder ser evitado durante a manipulação repetida, "Gruebele disse.

A tomografia de partícula única forneceria uma imagem mais clara do que a tomografia convencional, destacando defeitos em nanopartículas individuais, em vez de recriar uma imagem 3-D média que combina as medições de muitas partículas.