Quantenpunkt

Ein Quantenpunkt ist eine nanoskopische Struktur, meist aus Halbleitermaterial (z.B. InGaAs oder auch CdSe). Elektronen in einem Quantenpunkt sind in allen drei Raumdimensionen so weit eingeschränkt, dass ihre Energie nicht mehr kontinuierliche, sondern nur noch diskrete Werte annehmen kann. Quantenpunkte verhalten sich also ähnlich wie Atome, jedoch kann ihre Form, Grösse, oder die Anzahl von Elektronen in ihnen beeinflusst werden. Dadurch lassen sich elektronische und optische Eigenschaften von Quantenpunkten maßschneidern. Typischerweise beträgt ihre eigene atomare Grössenordnung etwa $10^{4}$ Atome.

Kommerziell erhältliche, nasschemisch hergestellte Quantenpunkte in Lösung

Methoden zur Herstellung von Quantenpunkten:

• Nasschemische Methoden (z.B. CdSe, ZnO): der eigentlich Quantenpunkt wird von weiteren Schichten zur Verbesserung der optischen Eigenschaften, Wasserlöslichkeit oder der Biokompatibilität umgeben.
• Molekularstrahlepitaxie: selbstorganisierte Quantenpunkte bilden sich an Grenzen zwischen verschiedenen Halbleiterschichten.
• Lithographie: der Quantenpunkt wird mittels Elektronenstrahlen, AFM, oder ähnlichem, auf ein Substrat 'geschrieben', und kann mit elektrischen Zuleitungen versehen werden.

Die Größe des Quantenpunkts liegt im Bereich der De-Broglie-Wellenlänge des Elektrons, weil hier die Quanteneigenschaften zu Tage treten. De-Broglie-Wellenlänge für ein Elektron bei Raumtemperatur:

${\frac {h}{\sqrt {2m_{e}E}}}$

Es gilt hier:

$E=k_{b}\cdot T=1,3810^{-23}{\frac {J}{K}}\cdot 300K$

Es ergibt sich:

${\frac {6,62610^{-34}Js}{\sqrt {2\cdot 9,10910^{-31}kg\cdot 1,3810^{-23}{\frac {J}{K}}\cdot 300K}}}\approx 7,6nm$

Quantenpunkte sind aufgrund ihrer beeinflussbaren optischen und elektronischen Eigenschaften interessant.

Verwendung

• Marker in der Biologie
• Verwendung in LEDs, Displays
• Quantenpunktlaser
• Quantencomputing