www.wikidata.de-de.nina.az

Quantenpunkt Ein englisch quantum dot QD ist eine nanoskopische Materialstruktur meist aus Halbleitermaterial z B InGaAs

Quantenpunkt

Ein Quantenpunkt (englisch quantum dot, QD) ist eine nanoskopische Materialstruktur, meist aus Halbleitermaterial (z. B. InGaAs, CdSe oder auch GaInP/InP). Ladungsträger (Elektronen, Löcher) in einem Quantenpunkt sind in ihrer Beweglichkeit in allen drei Raumrichtungen so weit eingeschränkt, dass ihre Energie nicht mehr kontinuierliche, sondern nur noch diskrete Werte annehmen kann, wodurch Quantenpunkte mit einzelnen Atomen vergleichbare Quanteneffekte zeigen (siehe auch Effekt der Dimensionsreduktion). Das Spektrum eines Quantenpunkts gleicht dem eines Atoms, allerdings können beispielsweise Form, Größe und Zusammensetzung von Quantenpunkten oder ihr Ladungszustand (Anzahl der darin gefangenen Elektronen) beeinflusst werden. Dadurch lassen sich elektronische und optische Eigenschaften von Quantenpunkten maßschneidern. Je nach Herstellungsmethode besteht ein einzelner Quantenpunkt aus etwa 104 bis 106 Atomen.

Gelingt es, mehrere einzelne Quantenpunkte in unmittelbarer Nähe zueinander anzuordnen, so dass Ladungsträger (v. a. Elektronen) über kohärente Tunnelprozesse von einem in den nächsten Quantenpunkt gelangen können, so spricht man von Quantenpunktmolekülen.

Quantenpunkte können aus verschiedenen Materialien hergestellt werden, einschließlich Halbleitern, Metallen und organischen Molekülen. Die Eigenschaften eines Quantenpunkts hängen von seiner Größe, Form und Zusammensetzung ab, und sie können durch gezielte Veränderungen dieser Parameter gesteuert werden.

Im Jahr 2023 erhielten Moungi Bawendi, Louis Brus und Alexei Jekimow für ihre Forschungen auf diesem Gebiet den Nobelpreis für Chemie.

Methoden zur Herstellung Bearbeiten

Kommerziell erhältliche, nasschemisch hergestellte Quantenpunkte in Lösung
Transmissionselektronenbild (Querschnitt) eines epitaktisch hergestellten InGaAs-Quantenpunkts (Quantum dot) in GaAs in atomarer Auflösung
  • Nasschemische Methoden: Die Nanopartikel, z. B. aus Cadmiumselenid oder Zinkoxid, liegen als kolloidale Teilchen in einem Lösungsmittel vor. Der eigentliche Quantenpunkt wird von weiteren Schichten zur Verbesserung der optischen Eigenschaften, Wasserlöslichkeit oder der Biokompatibilität umgeben.
  • Epitaxie (Molekularstrahlepitaxie oder Metallorganische Gasphasenepitaxie): selbstorganisierte Quantenpunkte bilden sich spontan aus sehr dünnen Schichten (wenige Atomlagen dick) an Grenzflächen zwischen verschiedenen Halbleiterschichten, zum Beispiel durch die Stranski-Krastanov- oder die Volmer-Weber-Methode. Die Ursache für diese Selbstorganisation liegt in den durch die verschiedenen Gitterkonstanten von Substrat und Quantenpunktmaterial entstehenden Verspannungen der Quantenpunktschicht und den Unterschieden ihrer Oberflächenenergien. Nach der ECS-Theorie (equilibrium crystal shape – Gleichgewichtskristallform) der Thermodynamik nimmt ein makroskopischer Körper mit gegebenem Volumen im thermodynamischen Gleichgewicht diejenige Form an, die seine freie Oberflächenenergie minimiert (Ostwald-Reifung). Dies führt dazu, dass sich ab einer gewissen Schichtdicke aus der Quantenpunktschicht kleine Erhebungen, sogenannte Inseln, bilden. Dabei vergrößert sich zwar die Oberfläche (und damit die Oberflächenenergie), aber die Verspannung innerhalb der Inseln wird durch diesen Vorgang deutlich reduziert; dies stellt die Triebfeder der Inselbildung dar. Quantenpunkte werden dann durch Bedeckung der Inseln, meist mit dem gleichen Material wie unter den Inseln, erzeugt. Selbstorganisierte Quantenpunkte können frei von Defekten hergestellt werden.
  • Lithographie: der Quantenpunkt wird mittels Elektronenstrahlen, Rasterkraftmikroskop oder ähnlichem auf ein Substrat 'geschrieben' und anschließend durch ein geeignetes Ätzverfahren (Nass-/Trockenätzen) 'freigelegt'. Die dadurch entstehenden Mesen können nun freistehend belassen oder, zur Verbesserung der elektronischen oder optischen Eigenschaften, wieder von einem geeigneten Halbleitermaterial, durch Aufwachsen einer weiteren Schicht, umschlossen werden. Während des Strukturierungsvorganges kann der Quantenpunkt auch mit elektrischen Zuleitungen versehen werden. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht in der durch das Ätzen verursachten Anhäufung von Gitterdefekten, die zu verschlechterten elektronischen und damit auch optischen Eigenschaften des Quantenpunktes führt.
  • In elektrostatisch definierten Quantenpunkten wird der dreidimensionale Einschluss der Ladungsträger durch eine Kombination von epitaktischen und lithografischen Methoden erreicht: an der Grenzfläche zwischen zwei Schichten von epitaktisch gewachsenem Halbleitermaterial (z. B. GaAs auf AlGaAs) bildet sich aufgrund der unterschiedlichen Bandstruktur ein Quantentopf, die Bewegung der Elektronen ist auf die Grenzfläche beschränkt. Um sie nun auch in den verbleibenden zwei Dimensionen einzuschränken, werden (z. B. lithographisch) mikroskopische Elektroden auf das System aufgebracht. Durch Anlegen geeigneter Spannung an den Elektroden wird im Quantentopf ein Potentialminimum erzeugt, in dem einzelne Elektronen bei niedrigen Temperaturen (25 mK) eingefangen werden können. Elektrostatisch definierte Quantenpunkte unterscheiden sich in mehrerer Hinsicht von kolloidalen oder epitaktisch gewachsenen Quantenpunkten: sie sind größer (ca. 105 bis 106 Atome; Durchmesser von 100 bis 1000 nm in der Quantentopf-Ebene), sie können nur entweder positiv oder negativ geladene Ladungsträger einfangen, und der Einschluss ist schwächer, weshalb sie sich nur bei sehr niedrigen Temperaturen untersuchen lassen. Einzelne oder mehrere gekoppelte Quantenpunkte können deterministisch hergestellt werden; das verwendete Material kann spannungsfrei und mit sehr geringer Defektdichte hergestellt werden und die Elektroden erlauben die direkte elektronische Manipulation der gefangenen Ladungsträger.

Größenordnung Bearbeiten

Die Größe des Quantenpunkts liegt im Bereich der De-Broglie-Wellenlänge des Elektrons, weil hier die Quanteneigenschaften zu Tage treten. Die De-Broglie-Wellenlänge eines Elektrons beträgt:

mit der Energie bei Raumtemperatur:

Damit ergibt sich:

Dieser Wert ist eine Näherung, da es sich in der Formel um die stoffspezifische effektive Elektronenmasse handelt und somit auch die Wellenlänge materialabhängig ist.

Für Löcher ergibt sich durch die größere Masse bei diesen Quantenpunktgrößen ein schwächeres Confinement. Das heißt, die linienartige Energiestruktur (Zustandsdichte 0D, siehe Effekt der Dimensionsreduktion) ist nicht so stark ausgeprägt.

Der Quantenpunkt bildet einen Potentialtopf, der ein quantenmechanisches Confinement darstellt, d. h. eine stärkere Lokalisierung der Wellenfunktion bewirkt.

Spektrum Bearbeiten

Aufgrund der zuvor bestimmten Größe des Quantenpunktes bilden sich atomähnliche Zustände. Der Übergang vom klassischen Bändermodell der Halbleiterphysik zu den quantisierten Energieniveaus niederdimensionaler Festkörper ist dabei kontinuierlich und von der Stärke des Einschlusses bzw. der Beschränkung (engl. confinement) der Wellenfunktion des im Quantenpunkt befindlichen Ladungsträgers abhängig.

Das Spektrum eines Quantenpunktes folgt aus der abgestrahlten Energie bei der Rekombination der Ladungsträger. Erwartungsgemäß sollte das bei atomähnlich quantisierten Zuständen ein Linienspektrum sein; dies wird bei sehr tiefen Temperaturen auch beobachtet.

Der gedämpfte harmonische Oszillationsvorgang führt nach der Fourieranalyse (F) zu einer lorentzverbreiterten Linie im Frequenzraum

Allerdings treten bei Quantenpunkten verschiedene Effekte auf, die zu einer Verbreiterung von Emissionslinien führen. Die Dipolschwingung des Emissionsvorgangs, der zu einer spektralen Linie führt, stellt grundsätzlich einen gedämpften harmonischen Oszillator mit endlicher Dämpfung dar. Bei der Fouriertransformation der Einhüllenden vom Ortsraum der abgestrahlten Welle in den Frequenzraum erhält man eine Lorentzkurve, deren Breite von der Dämpfungskonstante abhängt. Man sagt, die Spektrallinien sind 'lorentzverbreitert'; dies entspricht einer homogenen Linienverbreiterung.

Ein Ensemble vieler Quantenpunkte hat demgegenüber als gemeinsames Spektrum eine Gaußkurve mit deutlich größerer Breite. Ursache ist die gaußförmige Größenverteilung der Quantenpunkte um einen statistisch häufig auftretenden Wert durch lokale Schwankungen beim Wachstumsprozess. Das gaußförmige Emissionsspektrum ist das Kennzeichen einer inhomogenen Linienverbreiterung: Quantenpunkte mit identischer Größe aus einem Ensemble emittieren jeweils homogen verbreiterte Spektren gleicher Wellenlänge; Quantenpunkte unterschiedlicher Größen emittieren jedoch bei leicht verschiedenen Wellenlängen. Die Überlagerung von vielen dieser spektralen Lorentzkurven unterschiedlicher Wellenlänge führt zu der Gaußverteilung.

Linienverbreiterungsmechanismen Bearbeiten

Man unterscheidet in homogene

und inhomogene Verbreiterungsmechanismen, wobei letztere vor allem durch das Vorhandensein vieler Quantenpunkte in der Probe zustande kommt; hierdurch unterscheidet sich die lokale Umgebung der einzelnen Quantenpunkte und damit auch ihre Energiestruktur. Aber auch die Emissionslinie eines einzelnen Quantenpunkts ist meist inhomogen verbreitert. Die lokale Umgebung kann durch Umladung naher Defekte schnell veränderliche elektrische Felder aufweisen, die eine zeitlich meist nicht aufgelöste Änderung der Emissionswellenlänge bewirken. Diese sogenannte spektrale Diffusion tritt nur bei Proben mit sehr geringer Defektdichte nicht in Erscheinung. Als weiterer Effekt der Verbreiterung (insbesondere bei höheren Temperaturen) tritt die Wechselwirkung eines Quantenpunkts mit elastischen Schwingungen der Umgebung (Phononen) auf.

Verwendung Bearbeiten

Quantenpunkte sind aufgrund ihrer beeinflussbaren optischen und elektronischen Eigenschaften für viele Anwendungen von Interesse

Literatur Bearbeiten

Fachartikel Bearbeiten

Fachbücher Bearbeiten

  • Peter Michler (Hrsg.): Single Semiconductor Quantum Dots (= NanoScience and Technology). Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg 2009, ISBN 978-3-540-87445-4, doi:10.1007/978-3-540-87446-1 (englisch).
  • Peter Michler (Hrsg.): Quantum Dots for Quantum Information Technologies (= Nano-Optics and Nanophotonics). Springer International Publishing, Cham 2017, ISBN 978-3-319-56377-0, doi:10.1007/978-3-319-56378-7 (englisch).

Weblinks Bearbeiten

Commons: Quantenpunkte – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: Quantenpunkt – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. Dietrich Bertram, Horst Weller: Zwischen Molekül und Festkörper. In: Physik Journal. Band 1, Nr. 2, 2002, S. 47 (pro-physik.de).
  2. Günter Schmid: Nanoparticles: From Theory to Application. John Wiley & Sons, 2006, S. 28f (englisch, eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  3. R. Hanson et al.: Spins in few-electron quantum dots. In: Reviews of Modern Physics. Band 79, 2007, S. 1217, doi:10.1103/RevModPhys.79.1217, arxiv:cond-mat/0610433.
  4. D. Loss und D. P. DiVincenzo: Quantum computation with quantum dots, Phys. Rev. A 57, p120 (1998) doi:10.1103/PhysRevA.57.120; arxiv:cond-mat/9701055.
  5. K. L. Janssens, B. Partoens, F. M. Peeters: Magnetoexcitons in planar type-II quantum dots in a perpendicular magnetic field. In: Physical Review B. Band 64, Nr. 15, 27. September 2001, S. 155324, doi:10.1103/PhysRevB.64.155324 (englisch, aps.org [abgerufen am 31. Januar 2023]).
  6. V. Türck, S. Rodt, O. Stier, R. Heitz, R. Engelhardt, U. W. Pohl, D. Bimberg, R. Steingrüber, Effect of random field fluctuations on excitonic transitions of individual CdSe quantum dots, Physical Review B 61, 9944 (2000).
  7. Quantenpunkte: Technische Anwendungen der „künstlichen Atome“. In: Welt der Physik. Abgerufen am 13. Januar 2017.
  8. DaNa2.0 – Daten und Wissen zu Nanomaterialien: Quantenpunkte Materialinfo. Abgerufen am 13. Januar 2017.
  9. Quantenpunkt-Displays. In: Kompendium der Infotip Service GmbH. Abgerufen am 13. Januar 2017.
  10. Sascha Steinhoff: InVisage Quantum: Revolutionärer Bildsensor soll CMOS und CCD ablösen. In: c’t Digitale Fotografie. 23. November 2015 (heise.de [abgerufen am 13. Januar 2017]).
wikipedia, wiki, deutsches, deutschland, buch, bücher, bibliothek artikel lesen, herunterladen kostenlos kostenloser herunterladen, MP3, Video, MP4, 3GP, JPG, JPEG, GIF, PNG, Bild, Musik, Lied, Film, Buch, Spiel, Spiele
Veröffentlichungsdatum:
Ein Quantenpunkt englisch quantum dot QD ist eine nanoskopische Materialstruktur meist aus Halbleitermaterial z B InGaAs CdSe oder auch GaInP InP Ladungstrager Elektronen Locher in einem Quantenpunkt sind in ihrer Beweglichkeit in allen drei Raumrichtungen so weit eingeschrankt dass ihre Energie nicht mehr kontinuierliche sondern nur noch diskrete Werte annehmen kann wodurch Quantenpunkte mit einzelnen Atomen vergleichbare Quanteneffekte zeigen siehe auch Effekt der Dimensionsreduktion Das Spektrum eines Quantenpunkts gleicht dem eines Atoms allerdings konnen beispielsweise Form Grosse und Zusammensetzung von Quantenpunkten oder ihr Ladungszustand Anzahl der darin gefangenen Elektronen beeinflusst werden Dadurch lassen sich elektronische und optische Eigenschaften von Quantenpunkten massschneidern Je nach Herstellungsmethode besteht ein einzelner Quantenpunkt aus etwa 104 bis 106 Atomen Gelingt es mehrere einzelne Quantenpunkte in unmittelbarer Nahe zueinander anzuordnen so dass Ladungstrager v a Elektronen uber koharente Tunnelprozesse von einem in den nachsten Quantenpunkt gelangen konnen so spricht man von Quantenpunktmolekulen Quantenpunkte konnen aus verschiedenen Materialien hergestellt werden einschliesslich Halbleitern Metallen und organischen Molekulen Die Eigenschaften eines Quantenpunkts hangen von seiner Grosse Form und Zusammensetzung ab und sie konnen durch gezielte Veranderungen dieser Parameter gesteuert werden Im Jahr 2023 erhielten Moungi Bawendi Louis Brus und Alexei Jekimow fur ihre Forschungen auf diesem Gebiet den Nobelpreis fur Chemie Inhaltsverzeichnis 1 Methoden zur Herstellung 2 Grossenordnung 3 Spektrum 3 1 Linienverbreiterungsmechanismen 4 Verwendung 5 Literatur 5 1 Fachartikel 5 2 Fachbucher 6 Weblinks 7 EinzelnachweiseMethoden zur Herstellung Bearbeiten nbsp Kommerziell erhaltliche nasschemisch hergestellte Quantenpunkte in Losung nbsp Transmissionselektronenbild Querschnitt eines epitaktisch hergestellten InGaAs Quantenpunkts Quantum dot in GaAs in atomarer AuflosungNasschemische Methoden Die Nanopartikel z B aus Cadmiumselenid oder Zinkoxid liegen als kolloidale Teilchen in einem Losungsmittel vor Der eigentliche Quantenpunkt wird von weiteren Schichten zur Verbesserung der optischen Eigenschaften Wasserloslichkeit oder der Biokompatibilitat umgeben 1 2 Epitaxie Molekularstrahlepitaxie oder Metallorganische Gasphasenepitaxie selbstorganisierte Quantenpunkte bilden sich spontan aus sehr dunnen Schichten wenige Atomlagen dick an Grenzflachen zwischen verschiedenen Halbleiterschichten zum Beispiel durch die Stranski Krastanov oder die Volmer Weber Methode Die Ursache fur diese Selbstorganisation liegt in den durch die verschiedenen Gitterkonstanten von Substrat und Quantenpunktmaterial entstehenden Verspannungen der Quantenpunktschicht und den Unterschieden ihrer Oberflachenenergien Nach der ECS Theorie equilibrium crystal shape Gleichgewichtskristallform der Thermodynamik nimmt ein makroskopischer Korper mit gegebenem Volumen im thermodynamischen Gleichgewicht diejenige Form an die seine freie Oberflachenenergie minimiert Ostwald Reifung Dies fuhrt dazu dass sich ab einer gewissen Schichtdicke aus der Quantenpunktschicht kleine Erhebungen sogenannte Inseln bilden Dabei vergrossert sich zwar die Oberflache und damit die Oberflachenenergie aber die Verspannung innerhalb der Inseln wird durch diesen Vorgang deutlich reduziert dies stellt die Triebfeder der Inselbildung dar Quantenpunkte werden dann durch Bedeckung der Inseln meist mit dem gleichen Material wie unter den Inseln erzeugt Selbstorganisierte Quantenpunkte konnen frei von Defekten hergestellt werden Lithographie der Quantenpunkt wird mittels Elektronenstrahlen Rasterkraftmikroskop oder ahnlichem auf ein Substrat geschrieben und anschliessend durch ein geeignetes Atzverfahren Nass Trockenatzen freigelegt Die dadurch entstehenden Mesen konnen nun freistehend belassen oder zur Verbesserung der elektronischen oder optischen Eigenschaften wieder von einem geeigneten Halbleitermaterial durch Aufwachsen einer weiteren Schicht umschlossen werden Wahrend des Strukturierungsvorganges kann der Quantenpunkt auch mit elektrischen Zuleitungen versehen werden Der Nachteil dieses Verfahrens besteht in der durch das Atzen verursachten Anhaufung von Gitterdefekten die zu verschlechterten elektronischen und damit auch optischen Eigenschaften des Quantenpunktes fuhrt In elektrostatisch definierten Quantenpunkten wird der dreidimensionale Einschluss der Ladungstrager durch eine Kombination von epitaktischen und lithografischen Methoden erreicht an der Grenzflache zwischen zwei Schichten von epitaktisch gewachsenem Halbleitermaterial z B GaAs auf AlGaAs bildet sich aufgrund der unterschiedlichen Bandstruktur ein Quantentopf die Bewegung der Elektronen ist auf die Grenzflache beschrankt Um sie nun auch in den verbleibenden zwei Dimensionen einzuschranken werden z B lithographisch mikroskopische Elektroden auf das System aufgebracht Durch Anlegen geeigneter Spannung an den Elektroden wird im Quantentopf ein Potentialminimum erzeugt in dem einzelne Elektronen bei niedrigen Temperaturen 25 mK eingefangen werden konnen Elektrostatisch definierte Quantenpunkte unterscheiden sich in mehrerer Hinsicht von kolloidalen oder epitaktisch gewachsenen Quantenpunkten sie sind grosser ca 105 bis 106 Atome Durchmesser von 100 bis 1000 nm in der Quantentopf Ebene sie konnen nur entweder positiv oder negativ geladene Ladungstrager einfangen und der Einschluss ist schwacher weshalb sie sich nur bei sehr niedrigen Temperaturen untersuchen lassen Einzelne oder mehrere gekoppelte Quantenpunkte konnen deterministisch hergestellt werden das verwendete Material kann spannungsfrei und mit sehr geringer Defektdichte hergestellt werden und die Elektroden erlauben die direkte elektronische Manipulation der gefangenen Ladungstrager 3 4 Grossenordnung BearbeitenDie Grosse des Quantenpunkts liegt im Bereich der De Broglie Wellenlange des Elektrons weil hier die Quanteneigenschaften zu Tage treten Die De Broglie Wellenlange l displaystyle lambda nbsp eines Elektrons betragt l h 2 m e E displaystyle lambda frac h sqrt 2 m e E nbsp mit der Energie E displaystyle E nbsp bei Raumtemperatur E k B T 1 38 10 23 J K 300 K 4 14 10 21 J displaystyle E k mathrm B cdot T 1 38 cdot 10 23 frac mathrm J mathrm K cdot 300 mathrm K 4 14 cdot 10 21 mathrm J nbsp Damit ergibt sich l 6 626 10 34 J s 2 9 109 10 31 k g 4 14 10 21 J 7 6 n m displaystyle lambda frac 6 626 cdot 10 34 mathrm Js sqrt 2 cdot 9 109 cdot 10 31 mathrm kg cdot 4 14 cdot 10 21 mathrm J approx 7 6 mathrm nm nbsp Dieser Wert ist eine Naherung da es sich in der Formel um die stoffspezifische effektive Elektronenmasse m e displaystyle m e nbsp handelt und somit auch die Wellenlange materialabhangig ist Fur Locher ergibt sich durch die grossere Masse m h displaystyle m h nbsp bei diesen Quantenpunktgrossen ein schwacheres Confinement Das heisst die linienartige Energiestruktur Zustandsdichte 0D siehe Effekt der Dimensionsreduktion ist nicht so stark ausgepragt Der Quantenpunkt bildet einen Potentialtopf der ein quantenmechanisches Confinement darstellt d h eine starkere Lokalisierung der Wellenfunktion bewirkt Spektrum BearbeitenAufgrund der zuvor bestimmten Grosse des Quantenpunktes bilden sich atomahnliche Zustande Der Ubergang vom klassischen Bandermodell der Halbleiterphysik zu den quantisierten Energieniveaus niederdimensionaler Festkorper ist dabei kontinuierlich und von der Starke des Einschlusses bzw der Beschrankung engl confinement der Wellenfunktion des im Quantenpunkt befindlichen Ladungstragers abhangig Das Spektrum eines Quantenpunktes folgt aus der abgestrahlten Energie bei der Rekombination der Ladungstrager Erwartungsgemass sollte das bei atomahnlich quantisierten Zustanden ein Linienspektrum sein dies wird bei sehr tiefen Temperaturen auch beobachtet nbsp Der gedampfte harmonische Oszillationsvorgang fuhrt nach der Fourieranalyse F zu einer lorentzverbreiterten Linie im FrequenzraumAllerdings treten bei Quantenpunkten verschiedene Effekte auf die zu einer Verbreiterung von Emissionslinien fuhren Die Dipolschwingung des Emissionsvorgangs der zu einer spektralen Linie fuhrt stellt grundsatzlich einen gedampften harmonischen Oszillator mit endlicher Dampfung dar Bei der Fouriertransformation der Einhullenden vom Ortsraum der abgestrahlten Welle in den Frequenzraum erhalt man eine Lorentzkurve deren Breite von der Dampfungskonstante abhangt Man sagt die Spektrallinien sind lorentzverbreitert dies entspricht einer homogenen Linienverbreiterung Ein Ensemble vieler Quantenpunkte hat demgegenuber als gemeinsames Spektrum eine Gausskurve mit deutlich grosserer Breite Ursache ist die gaussformige Grossenverteilung der Quantenpunkte um einen statistisch haufig auftretenden Wert durch lokale Schwankungen beim Wachstumsprozess Das gaussformige Emissionsspektrum ist das Kennzeichen einer inhomogenen Linienverbreiterung Quantenpunkte mit identischer Grosse aus einem Ensemble emittieren jeweils homogen verbreiterte Spektren gleicher Wellenlange Quantenpunkte unterschiedlicher Grossen emittieren jedoch bei leicht verschiedenen Wellenlangen Die Uberlagerung von vielen dieser spektralen Lorentzkurven unterschiedlicher Wellenlange fuhrt zu der Gaussverteilung Linienverbreiterungsmechanismen Bearbeiten Man unterscheidet in homogene Lorentzverbreiterung Energie Zeit Unscharfe Ladungstrager Exziton Wechselwirkung vor allem bei Typ II Quantenpunkten 5 Geladene Quantenpunkteund inhomogene Verbreiterungsmechanismen wobei letztere vor allem durch das Vorhandensein vieler Quantenpunkte in der Probe zustande kommt hierdurch unterscheidet sich die lokale Umgebung der einzelnen Quantenpunkte und damit auch ihre Energiestruktur Aber auch die Emissionslinie eines einzelnen Quantenpunkts ist meist inhomogen verbreitert Die lokale Umgebung kann durch Umladung naher Defekte schnell veranderliche elektrische Felder aufweisen die eine zeitlich meist nicht aufgeloste Anderung der Emissionswellenlange bewirken 6 Diese sogenannte spektrale Diffusion tritt nur bei Proben mit sehr geringer Defektdichte nicht in Erscheinung Als weiterer Effekt der Verbreiterung insbesondere bei hoheren Temperaturen tritt die Wechselwirkung eines Quantenpunkts mit elastischen Schwingungen der Umgebung Phononen auf Verwendung BearbeitenQuantenpunkte sind aufgrund ihrer beeinflussbaren optischen und elektronischen Eigenschaften fur viele Anwendungen von Interesse 7 8 Farbstoff fur Marker in der Fluoreszenzmikroskopie und Durchflusszytometrie LEDs Displays insbesondere zur Optimierung der Hintergrundbeleuchtung von Flussigkristallanzeigen 9 Quantenpunktlaser Einzelphotonenquelle Quantencomputing Quantenpunkt Spinventil Bildsensoren fur digitale Kameras 10 Ein Elektron Transistor Quantenpunkt SolarzelleLiteratur BearbeitenSiehe auch Nanotechnologie Fachartikel Bearbeiten Gerhard Abstreiter Die Dimension macht den Unterschied In Physik Journal Band 13 Nr 8 9 2014 pro physik de Dieter Bimberg Der Zoo der Quantenpunkte In Physik Journal Band 5 Nr 8 9 2006 pro physik de Stephanie M Reimann Matti Manninen Electronic structure of quantum dots In Reviews of Modern Physics Band 74 Nr 4 26 November 2002 S 1283 1342 doi 10 1103 RevModPhys 74 1283 englisch Fachbucher Bearbeiten Peter Michler Hrsg Single Semiconductor Quantum Dots NanoScience and Technology Springer Berlin Heidelberg Berlin Heidelberg 2009 ISBN 978 3 540 87445 4 doi 10 1007 978 3 540 87446 1 englisch Peter Michler Hrsg Quantum Dots for Quantum Information Technologies Nano Optics and Nanophotonics Springer International Publishing Cham 2017 ISBN 978 3 319 56377 0 doi 10 1007 978 3 319 56378 7 englisch Weblinks Bearbeiten nbsp Commons Quantenpunkte Sammlung von Bildern Videos und Audiodateien nbsp Wiktionary Quantenpunkt Bedeutungserklarungen Wortherkunft Synonyme UbersetzungenEinzelnachweise Bearbeiten Dietrich Bertram Horst Weller Zwischen Molekul und Festkorper In Physik Journal Band 1 Nr 2 2002 S 47 pro physik de Gunter Schmid Nanoparticles From Theory to Application John Wiley amp Sons 2006 S 28f englisch eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche R Hanson et al Spins in few electron quantum dots In Reviews of Modern Physics Band 79 2007 S 1217 doi 10 1103 RevModPhys 79 1217 arxiv cond mat 0610433 D Loss und D P DiVincenzo Quantum computation with quantum dots Phys Rev A 57 p120 1998 doi 10 1103 PhysRevA 57 120 arxiv cond mat 9701055 K L Janssens B Partoens F M Peeters Magnetoexcitons in planar type II quantum dots in a perpendicular magnetic field In Physical Review B Band 64 Nr 15 27 September 2001 S 155324 doi 10 1103 PhysRevB 64 155324 englisch aps org abgerufen am 31 Januar 2023 V Turck S Rodt O Stier R Heitz R Engelhardt U W Pohl D Bimberg R Steingruber Effect of random field fluctuations on excitonic transitions of individual CdSe quantum dots Physical Review B 61 9944 2000 Quantenpunkte Technische Anwendungen der kunstlichen Atome In Welt der Physik Abgerufen am 13 Januar 2017 DaNa2 0 Daten und Wissen zu Nanomaterialien Quantenpunkte Materialinfo Abgerufen am 13 Januar 2017 Quantenpunkt Displays In Kompendium der Infotip Service GmbH Abgerufen am 13 Januar 2017 Sascha Steinhoff InVisage Quantum Revolutionarer Bildsensor soll CMOS und CCD ablosen In c t Digitale Fotografie 23 November 2015 heise de abgerufen am 13 Januar 2017 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Quantenpunkt amp oldid 237898399