دستیابی سامسونگ به نقاط کوانتومی بهینه بدون فلزات سنگین

 محققان شرکت سامسونگ بدون نیاز به حضور فلزات سنگین به نقاط کوانتومی کارآمدتر دست یافته‌اند که منجر به بهبود کارایی نمایشگرها خواهد شد.

به گزارش ایسنا و به نقل از فیز، یک گروه در موسسه فناوری پیشرفته شرکت "سامسونگ" اعلام کرده‌اند که موفق به توسعه نقاط کوانتومی(QD) جدیدی برای استفاده در نمایشگرهای بزرگ شده‌اند که هم کارآمدتر هستند و هم فلزات سنگین ندارند.

این گروه در مقاله خود که در مجله Nature منتشر شده است کار و برنامه‌های خود را برای آینده شرح داده‌اند.

نقاط کوانتومی کریستال‌های نیمه هادی در مقیاس نانو هستند که به دلیل وجود عناصر مکانیکی کوانتومی، دارای خواص نوری و الکترونیکی منحصر به فرد هستند. دانشمندان از زمان توسعه آنها در دهه ۱۹۸۰ کاربردهای بسیاری را برای آنها در دستگاه‌های نوری پیدا کرده‌اند.

کوانتوم دات(QD) یا نقاط کوانتومی، ذراتی نیمه‌رسانا با ابعاد چند نانومتر با خواص نوری و الکترونیکی ویژه هستند. در این ذرات، یک الکترون با تابش نور فرابنفش برانگیخته شده و به حالتی با انرژی بالاتر می‌رود و طی بازگشت به نوار ظرفیت از خود فوتون تابش می‌کند. نقاط کوانتومی دارای خواص منحصر به فردی مانند پایداری نوری بالاتر نسبت به فلورفورهای مرسوم، طول موج طیف تحریکی و نشری باریک و مجزا از هم، کوچک بودن(۲ تا ۸ نانومتر)، درخشانتر بودن و غیره هستند.

این نیمه رساناها امروزه استفاده‌های گوناگونی در صنعت دارند و از آنها در ساخت لامپ‌های ال‌ای‌دی، باتری‌های خورشیدی و غیره استفاده می‌گردد. در پزشکی نیز از نقاط کوانتومی برای طراحی و ساخت نانوزیست‌حسگرهای بسیار حساس و با پایداری نوری بالاتر نسبت به رنگ‌ریزه‌های مرسوم استفاده می‌شود.

اما متأسفانه دو مشکل بر سر راه این کشف وجود دارد که مانع از استفاده کامل از آنها شده است. اولین مورد این است که آنها بر پایه کادمیوم که یک فلز سنگین سمی است، بنا شده‌اند. دوم اینکه فسفرهای نقاط کوانتومی که در نمایشگرها مورد استفاده قرار می‌گیرند، خودتاب(دارای قابلیت تابش از خود) نیستند، به این معنی که آنها باید با دیودهای تابشگر QD جایگزین شوند تا از این طریق بتوانند کارآمد باشند.

به خصوص صفحه‌های فعلی تلویزیون‌های QLED سامسونگ از QLEDها به عنوان منبع نور استفاده نمی‌کنند، بلکه در عوض LCDها نور پس زمینه را تولید می‌کنند که در نهایت توسط یک نوار از نقاط کوانتومی جذب می‌شود.

اکنون محققان شرکت سامسونگ در این تلاش جدید در صدد رفع هر دو مشکل برآمده‌اند و به پیشرفت‌هایی نیز رسیده‌اند. این پیشرفت تنها یک ماه پس از اعلام این شرکت مبنی بر اینکه قصد دارد طی ۵ سال آینده ۱۱ میلیارد دلار روی توسعه فناوری‌های خود سرمایه‌گذاری کند، به دست آمده است.

رویکرد جدید محققان با استفاده از ساختار جدیدی که اکسیداسیون را از تخریب هسته QD متوقف می‌کند که شامل ایجاد پوسته‌ای در اطراف آن برای جلوگیری از نشت انرژی است، حاصل شده است. این گروه همچنین "لیگاند"(ligand) را در سطح پوسته کوتاه کرده تا روند جریان را سریع‌تر کند. آنها همچنین کادمیوم را با فسفید ایندیوم جایگزین کردند که ماده‌ای بسیار سازگارتر با محیط زیست است.

لیگاند در شیمی به مولکول یا یونی گفته می‌شود که با فلز مرکزی پیوند برقرار کرده و ترکیب پیچیده حاصل کند. در شیمی پیوند، یک لیگاند، یون یا مولکولی (گروه تابع) است که به یک اتم مرکزی فلزی متصل می‌شود تا یک ترکیب پیوندی را تشکیل دهد. رابطه میانی فلز و لیگاند به‌طور کل در بردارنده یک یا بیشتر از یک جفت الکترون‌های لیگاند است. فلزات و شبه فلزات محدود به لیگاندهای موجود در همه شرایط محیط می‌باشند، اگرچه یون‌های فلزی عادی گازی را می‌توان در خلاء بزرگ تولید کرد.

محققان گزارش می‌دهند که مطالعه آنها بازده کوانتومی را ۲۱.۴ درصد بهبود می‌بخشد و عمر نقاط کوانتومی را تقریباً تا یک میلیون ساعت افزایش می‌دهد. آنها می‌گویند کارشان نشانگر این است که به زودی استفاده از نقاط کوانتومی برای فناوری نمایشگرهای خودتاب قابل استفاده خواهد بود.