บาคาร่า สมัครบาคาร่าบทความใหม่ในนิตยสาร Science ให้ภาพรวมของการวิจัยเกือบสามทศวรรษเกี่ยวกับจุดควอนตัมคอลลอยด์ ประเมินความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีสำหรับสเปกเซมิคอนดักเตอร์ขนาดนาโนเมตรเหล่านี้ และชั่งน้ำหนักความท้าทายที่เหลืออยู่บนเส้นทางสู่การค้าอย่างแพร่หลายสำหรับเทคโนโลยีที่มีแนวโน้มนี้ด้วย แอพพลิเคชั่นในทุกสิ่งตั้งแต่ทีวีไปจนถึงตัวเก็บแสงแดดที่มีประสิทธิภาพสูง

"เมื่อสามสิบปีที่แล้ว โครงสร้างเหล่านี้เป็นเพียงเรื่องของความอยากรู้ทางวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาโดยกลุ่มผู้ที่ชื่นชอบกลุ่มเล็กๆ ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา จุดควอนตัมได้กลายเป็นวัสดุระดับอุตสาหกรรมที่ใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีแบบดั้งเดิมและที่เกิดขึ้นใหม่มากมาย ซึ่งบางส่วนได้ค้นพบแล้ว ทางของพวกเขาไปสู่ตลาดการค้า” Victor I. Klimov ผู้เขียนร่วมของบทความและหัวหน้าทีมที่ทำการวิจัยควอนตัมดอทที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอสอาลามอสกล่าว

ความก้าวหน้าหลายอย่างที่อธิบายไว้ในบทความวิทยาศาสตร์มีต้นกำเนิดที่ลอส อาลามอส รวมถึงการสาธิตครั้งแรกของเลเซอร์ควอนตัมดอทคอลลอยด์ การค้นพบการคูณพาหะ การบุกเบิกการวิจัยเกี่ยวกับไดโอดเปล่งแสงควอนตัมดอท (LED) และเครื่องรวมแสงอาทิตย์แบบเรืองแสง และการศึกษาล่าสุดของ single- ตัวปล่อยควอนตัมดอท

ด้วยการใช้เคมีคอลลอยด์สมัยใหม่ มิติและโครงสร้างภายในของจุดควอนตัมสามารถจัดการได้ด้วยความแม่นยำที่ใกล้เคียงกับอะตอม ซึ่งช่วยให้สามารถควบคุมคุณสมบัติทางกายภาพของจุดควอนตัมได้อย่างแม่นยำสูง และด้วยเหตุนี้พฤติกรรมในอุปกรณ์ที่ใช้งานได้จริง

ความพยายามอย่างต่อเนื่องจำนวนหนึ่งในการใช้งานจริงของจุดควอนตัมคอลลอยด์ได้ใช้ประโยชน์จากความสามารถในการปรับแต่งที่ควบคุมขนาดของสีที่ปล่อยออกมาและผลตอบแทนควอนตัมที่มีการแผ่รังสีสูงใกล้กับขีดจำกัด 100 เปอร์เซ็นต์ในอุดมคติ คุณสมบัติเหล่านี้น่าสนใจสำหรับการแสดงหน้าจอและการจัดแสง ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่ใช้จุดควอนตัมเป็นสารเรืองแสงในการแปลงสี เนื่องจากการแผ่รังสีแบบแคบและปรับสเปกตรัมได้ จุดควอนตัมช่วยให้มีความบริสุทธิ์ของสีที่ดีขึ้นและครอบคลุมพื้นที่สีทั้งหมดอย่างสมบูรณ์มากขึ้นเมื่อเทียบกับวัสดุสารเรืองแสงที่มีอยู่ อุปกรณ์เหล่านี้บางตัว เช่น ควอนตัมดอททีวี มีเทคโนโลยีครบกำหนดแล้วและมีจำหน่ายในตลาดการค้า

พรมแดนถัดไปคือการสร้าง LED ที่ใช้เทคโนโลยีได้ ซึ่งขับเคลื่อนโดยจุดควอนตัมที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า การทบทวนทางวิทยาศาสตร์อธิบายถึงแนวทางต่างๆ ในการใช้อุปกรณ์เหล่านี้และอภิปรายความท้าทายที่มีอยู่ ไฟ LED ควอนตัมได้บรรลุความสว่างที่น่าประทับใจแล้วและเกือบจะมีประสิทธิภาพในอุดมคติใกล้กับขีดจำกัดที่กำหนดไว้ตามทฤษฎี ความก้าวหน้าส่วนใหญ่ได้รับแรงผลักดันจากความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องในการทำความเข้าใจปัจจัยจำกัดประสิทธิภาพ เช่น การรวมตัวของ Auger ที่ไม่ผ่านการฉายรังสี

บทความนี้ยังกล่าวถึงสถานะและความท้าทายของเลเซอร์ควอนตัมดอทที่ประมวลผลได้ด้วยวิธีการแก้ปัญหา

"การทำให้เลเซอร์พร้อมใช้งานจะเป็นประโยชน์ต่อเทคโนโลยีต่างๆ รวมถึงวงจรโฟโตนิกแบบบูรณาการ การสื่อสารด้วยแสง แพลตฟอร์มแล็บออนอะชิป อุปกรณ์สวมใส่ และการวินิจฉัยทางการแพทย์" Klimov กล่าว

นักวิจัยในลอส อาลามอสมีส่วนในความก้าวหน้าที่สำคัญในด้านนี้ รวมถึงการอธิบายกลไกสำหรับการขยายแสงในโครงสร้างนาโนคอลลอยด์และการสาธิตครั้งแรกของผลกระทบที่เกิดขึ้นจากการใช้วัสดุเหล่านี้

"ความท้าทายหลักในปัจจุบันคือการแสดงให้เห็นถึงการสูบน้ำด้วยไฟฟ้า" Klimov กล่าว "Los Alamos รับผิดชอบเหตุการณ์สำคัญหลายประการบนเส้นทางสู่วัตถุประสงค์นี้ รวมถึงการตระหนักถึงการรับแสงด้วยการกระตุ้นด้วยไฟฟ้าและการพัฒนาอุปกรณ์สองฟังก์ชันที่ทำงานเป็นเลเซอร์ที่สูบด้วยแสงและ LED ที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้ามาตรฐาน"

จุดควอนตัมยังมีประโยชน์อย่างมากในการเก็บเกี่ยวพลังงานแสงอาทิตย์และเทคโนโลยีการตรวจจับแสง เนื่องจากแถบความถี่ที่ปรับได้ จึงสามารถออกแบบให้กำหนดเป้าหมายช่วงความยาวคลื่นเฉพาะได้ ซึ่งน่าสนใจเป็นพิเศษสำหรับการหาเครื่องตรวจจับแสงราคาไม่แพงสำหรับช่วงสเปกตรัมอินฟราเรด ในขอบเขตของเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ จุดควอนตัมคอลลอยด์ถูกใช้เป็นองค์ประกอบที่แอคทีฟของทั้งเซลล์แสงอาทิตย์และตัวสะสมแสงแดดที่เรืองแสง

ในกรณีของเซลล์แสงอาทิตย์ (PV) วิธีควอนตัมดอทสามารถนำมาใช้เพื่อสร้างอุปกรณ์ PV แบบฟิล์มบางราคาประหยัดรุ่นใหม่ที่จัดเตรียมโดยเทคนิคที่ใช้โซลูชันที่ปรับขนาดได้ เช่น การประมวลผลแบบม้วนต่อม้วน นอกจากนี้ ยังสามารถเปิดใช้รูปแบบการแปลงภาพแบบใหม่ตามแนวคิดที่ได้จากกระบวนการทางกายภาพที่มีลักษณะเฉพาะสำหรับอนุภาคคอลลอยด์ที่มีขนาดเล็กมาก "จำกัดควอนตัม" กระบวนการหนึ่ง เช่น การคูณพาหะ ทำให้เกิดคู่อิเล็กตรอน-รูหลายคู่โดยโฟตอนที่ถูกดูดกลืนเพียงตัวเดียว กระบวนการนี้ ซึ่งรายงานครั้งแรกโดยนักวิจัย Los Alamos ในปี 2547 เป็นหัวข้อของการวิจัยที่เข้มข้นในบริบทของการใช้งานทั้งใน PVs และโฟโตเคมีจากแสงอาทิตย์

"พื้นที่ที่มีแนวโน้มสูงอีกประการหนึ่งคือคอนเดนเซอร์พลังงานแสงอาทิตย์แบบจุดควอนตัมหรือ LSCs" Klimov กล่าว "โดยหลักการแล้วโดยใช้แนวทาง LSC เราสามารถแปลงหน้าต่างหรือผนังมาตรฐานเป็นอุปกรณ์ผลิตไฟฟ้าได้ นอกจากโมดูลพลังงานแสงอาทิตย์บนหลังคาแล้ว สิ่งนี้สามารถช่วยให้อาคารทั้งหลังมีพลังงานสะอาด ในขณะที่แนวคิด LSC ถูกนำมาใช้อีกครั้ง ทศวรรษ 1970 มีความเจริญรุ่งเรืองอย่างแท้จริงเนื่องจากการแนะนำจุดควอนตัมที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ"

นักวิจัยของ Los Alamos ได้มีส่วนสนับสนุนความก้าวหน้าที่สำคัญมากมายในด้าน LSC รวมถึงการพัฒนาแนวทางปฏิบัติในการแก้ปัญหาเรื่องการดูดกลืนแสงในตัวเอง และการพัฒนาอุปกรณ์แบบสองชั้น (ควบคู่) ที่มีประสิทธิภาพสูง บริษัทสตาร์ทอัพหลายแห่ง ซึ่งรวมถึง UbiQD Inc. ซึ่งเป็นบริษัทที่แยกออกมาจากห้องปฏิบัติการ ได้พยายามแสวงหาการจำหน่ายเทคโนโลยีควอนตัมดอท LSC อย่างแข็งขันบาคาร่า สมัครบาคาร่า