Ученые из Московского физико-технического института и Института проблем химической физики РАН предложили простой и удобный способ получения квантовых точек определенного размера с помощью химического старения. Это поможет физикам-экспериментаторам гораздо проще, легче и дешевле получать квантовые точки необходимого размера. А, значит, и упростить процесс изготовления солнечных батарей, телевизоров и пожарных детекторов.

Результаты исследования опубликованы в журнале Materials Today Chemistry.

Коллоидные квантовые точки  — наноразмерные кристаллы, свойства которых — частота поглощаемых или испускаемых электромагнитных волн — зависят от размера. Они применяются для изготовления солнечных батарей, телевизоров, пожарных детекторов. Старение кристаллов — общепринятый термин, который подразумевает устойчивое изменение характеристик материалов во времени.

В лаборатории фотоники квантово-размерных структур МФТИ занимаются коллоидными квантовыми точками сульфида свинца. Стандартный процесс их синтеза осуществляется путем смешения при определенных условиях двух веществ-предшественников, содержащих серу и свинец. С помощью специального оборудования и химических реагентов этот процесс контролируют, получая квантовые точки определенного размера. Однако такой метод сложный, дорогой, и не все размеры точек можно получить с его помощью.

«Если физикам нужны были квантовые точки, а у них не было своего оборудования для их получения, им раньше приходилось сильно раскошеливаться на заказной синтез или заказ из зарубежных каталогов. К тому же, не все размеры точек можно купить или заказать. Мы искали способ, который позволил бы максимально просто и дешево, без дополнительного оборудования и специальных навыков получать квантовые точки сульфида свинца необходимого размера и, следовательно, необходимых свойств», — рассказывает Иван Шуклов, заместитель заведующего лабораторией фотоники квантово-размерных структур МФТИ.

Экспериментируя с различными веществами, исследователи обнаружили, что в присутствии смеси олеиновой кислоты и олеиламина спектр квантовых точек меняется. Дальнейшее исследование с помощью электронной микроскопии показало, что в присутствии этой смеси стандартный синтез идет в обратном направлении. Атомы серы и свинца «убегают» назад в раствор, а квантовые точки «стареют» и становятся меньше. При этом сохраняется их распределение по размерам. Другими словами, получаются такие же квантовые точки, как до воздействия смеси, только меньше. Соответственно, и с другими свойствами.

Олеиновая кислота и олеиламин по отдельности используются в процессе стандартного синтеза квантовых точек. Однако именно одновременное использование и взаимодействие этих двух веществ сделало возможным контролируемое старение кристаллов.

«Мы предложили решение, благодаря которому экспериментаторы, имея квантовые точки размером в 10 нанометров, могут завтра состарить их до размера в 8 нанометров, послезавтра — до 6 нанометров и так далее. При этом их поглощение изменится от 2 мкм до 1,8 мкм при первом старении и до 1,5 мкм при втором. То есть из одной банки в течение очень короткого времени и с помощью очень простых операций становится возможным получать коллоидные квантовые точки нужного размера и свойств, — комментирует Владимир Разумов, заведующий лабораторией фотоники квантово-размерных структур МФТИ. — Наш результат позволит, например, физикам, у которых из специального оборудования только пробирки, получать из одного имеющегося образца разные образцы этих коллоидных квантовых точек — разных размеров. Экспериментаторам надо только выждать определенное время, чтобы точки “повзрослели” до нужных характеристик».