Emissie van quantum dots bepaald Kennislink.nl, februari 2009

Emissie van quantum dots bepaald
Kennislink.nl, februari 2009
Quantum dots zijn kunstmatige lichtbronnen van een paar nanometer groot die zo gefabriceerd kunnen
worden dat ze iedere kleur in het kleurenspectrum kunnen uitzenden. Door hun kleine formaat en flexibiliteit
zijn ze erg geschikt voor allerlei toepassingen. Maar om deze lichtbronnen effectief te gebruiken is het van
belang te weten hoeveel lichtdeeltjes deze bronnen per seconde kunnen uitzenden. Onderzoekers van het FOM
instituut AMOLF, samen met collega's van de Deense Technische Universiteit en de Universiteit Twente zijn er
nu in geslaagd om het aantal lichtdeeltjes dat een quantum dot per seconde uitzendt te bepalen.
Veel van het licht om ons heen ontstaat via een proces dat spontane emissie heet. Bijvoorbeeld in de gele lampen langs de
snelweg. De natriumatomen in deze lampen worden in een aangeslagen toestand gebracht. Om de extra energie van die toestand
weer kwijt te raken zenden de lampen licht uit.
Niet alleen atomen kunnen spontane emissie vertonen. Er bestaan ook kunstmatige lichtbronnen. Quantum dots zijn klompjes
halfgeleidermateriaal met een doorsnede van een paar nanometer. Afhankelijk van de grootte van de klompjes verandert de
kleur van het licht dat ze uitzenden. Deze flexibiliteit maakt de quantum dots heel geschikt voor practische toepassingen,
bijvoorbeeld in biologie, waar deze lichtuitzendende deeltjes gekoppeld worden aan eiwitten om deze te detecteren. Maar ook in
toekomstige LEDs of quantum computers kunnen deze kunstmatige lichtbronnen een grote rol gaan spelen.
Quantum dots van verschillende grootte zenden verschillende kleuren licht uit. In deze flesjes zitten cadmium-selenium
quantum dots van verschillende formaten (tussen de 1 en 10 nanometer) in een oplossing.
Bron: Andrey Rogach, Ludwig-Maximilians-Universtität München
Om quantum dots ten volle te kunnen benutten in toepassingen is het van belang te weten hoeveel licht een quantum dot kan
uitzenden per seconde. Zo'n quantum dot wordt door toevoeging van energie in een aangeslagen toestand gebracht, waarna die
energie wordt uitgestraald als licht of als warmte. De totale vervalsnelheid van de quantum dots is een som van de radiatieve
vervalsnelheid: hoeveel licht per seconde er wordt uitgezonden, en de niet-radiatieve snelheid: de hoeveelheid warmte per
seconde die wordt geproduceerd. Helaas is kan je in een directe meting alleen de totale vervalsnelheid meten, terwijl vooral de
radiatieve vervalsnelheid (de hoeveelheid licht dus) interessant is.
Onderzoekers van het FOM Instituut AMOLF zijn er samen met collega's van de Deense Technische Universiteit en de
Universiteit Twente nu toch in geslaagd om deze radiatieve vervalsnelheid van de belangrijke cadmium-selenium (CdSe)
quantum dots te bepalen. Ze hebben hiervoor gebruik gemaakt van een speciale eigenschap van de vervalsnelheid. Die snelheid
wordt namelijk niet alleen bepaald door de quantum dot zelf, maar ook door de omgeving waarin deze quantum dot zich
bevindt. Door de quantum dots voor een zilveren spiegel te plaatsen, wordt hun eigen uitgezonden licht teruggekaatst en dit
beïnvloedt de radiatieve vervalsnelheid van de quantum dot. Maar de spiegel heeft geen effect op de niet-radiatieve snelheid.
Hierdoor kunnen de twee verschillende componenten van de vervalsnelheid gescheiden worden.
De donkere plek op dit plaatje is een cadmium-selenium quantum dot, gefotografeerd met een transmissieelektronenmicroscoop. Het zwarte balkje is twee nanometer breed.
Bron: FOM instituut AMOLF
Het opvallende aan het resultaat is dat de radiatieve vervalsnelheid nauwelijks af lijkt te hangen van de grootte van de quantum
dot. Ongeacht de grootte kunnen de lichtbronnen ongeveer 60 miljoen fotonen per seconde uitzenden. Met deze kennis op zak
wordt het mogelijk om nieuwe berekeningen te doen om het gedrag van quantum dots nog beter te begrijpen.