وقتی شروع به کوچک کردن ابعاد یک ماده توده یا حجیم میکنیم، در ابتدا تغییر خاصی در خواص آن به چشم نمیخورد. اگر این روند را همچنان ادامه دهیم و مدام ابعاد را کوچک و کوچکتر نمایم، در مقیاس میکرومتر تغییرات نسبی در برخی خواص ماده مشاهده میشود، در صورت کوچکتر کردن ابعاد و رسیدن به مقیاس نانومتری این تغییرات بسیار شگفتانگیز و ویژگیهای بدست آمده بسیار منحصر به فرد هستند. همانطور که میدانید هر ماده حجیم یا توده دارای سه بعد است؛ در صورتی که تنها یک بعد را کوچک کنیم و ابعاد دیگر همچنان بزرگ مقیاس باقی بمانند ماده بدست آمده را چاه کوانتومی مینامند. اگر دو بعد را به ابعاد نانومتری برسانیم و تنها یک بعد مقیاس ماکرو باقی بماند ساختار بدست آمده یک سیم کوانتومی خواهد بود و نهایتا اگر هر سه بعد را تا ابعاد نانومتری کوچک کنیم یک نقطه کوانتومی خواهیم داشت. دلیل اطلاق پسوند “کوانتومی” به این سه ساختار، تغییرات ایجاد شده در آنها بر اثر کوچک شدن ابعاد است که ناشی از طبیعت کوانتوم-مکانیکی فیزیک در ابعاد مافوق کوچک است. به عبارت دیگر ویژگیهای ایجاد شده در این ابعاد از رهیافت فیزیک کوانتوم قابل بررسی و تشریح است.
از آنجا که نقاط کوانتومی بسیار شبیه به اتمها هستند گاهی آنها را اتمهای مصنوعی نیز مینامند؛ حال اگر این اتم مصنوعی را به عنوان یک واحد سازنده ساختاری در نظر بگیریم، میتوانیم آرایههایی از نقاط کوانتومی را شکل دهیم. الکترونها درون آرایههای نقاط کوانتومی میتوانند به اطراف حرکت کرده و با یکدیگر برهمکنش داشته باشند و اثرات جالب توجهی بر خواص مغناطیسی، نوری و انتقالی بگذارند.
با جفت کردن تعدادی نقاط کوانتومی میتوان به ساختار مولکول مصنوعی دست یافت، نکته حائز اهمیت در مورد مولکولهای مصنوعی آن است که برای جفت کردن نقاط از گونههای متفاوت میتوان ولتاژ ورودی و یا فواصل درون نقطهای را تغییر داد. ویژگی تنظیمپذیری این امکان را فراهم کرده تا شاهد دستهای از پدیدههای متنوع باشیم.
در اثر آراستن نقاط کوانتومی در یک شبکه متناوب و جفت شدن آنها به صورت پیوسته با یکدیگر، یک پیوند ساختاری حاصل می شود؛ این شبکه ساختاری نخستین بار توسط “ساکایی” با نام نقاط کوانتومی سوپر لتیک یا ابر شبکهای (QDSL) معرفی شد.
ساختار نقاط کوانتومی به طور معمول به شکل پوسته-هسته (Core-Shell) بوده و ابعادی در محدوده 1 تا 10 نانومتر دارند. معمولا هر دو قسمت بیرونی و درونی (پوسته و هسته) از عناصر نیمهرسانا میباشد. بهطورکلی، هر چند که نقاط کوانتومی فلزی دارای خواص و کاربردهای منحصر به فردی هستند، اما نقاط کوانتومی نیمهرسانا نیز دارای کاربردهای بسیار گستردهای که در حوزه الکترونیک بوده و بسیار حائز اهمیت هستند.
برای آشنایی با ویژگیهای فیزیکی نقاط کوانتومی این مطلب را بخوانید.
