ക്വാണ്ടം ഡോട്ട്

ക്വാണ്ടം മെക്കാനിക്സിന്റെ പ്രഭാവം നിമിത്തം വലിയ കണങ്ങളിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായ ഒപ്റ്റിക്കൽ, ഇലക്ട്രോണിക് ഗുണങ്ങളുള്ളതും ഏതാനും നാനോമീറ്റർ മാത്രം വലുപ്പമുള്ളതുമായ ചെറിയ അർദ്ധചാലക കണങ്ങളാണ് ക്വാണ്ടം ഡോട്ടുകൾ. നാനോ ടെക്നോളജിയിലെ വളരെ പ്രധാനപ്പെട്ട ഒരു ഗവേഷണമേഖലയാണ് ക്വാണ്ടം ഡോട്ടുകളുടേത്. ക്വാണ്ടം ഡോട്ടുകളിലേക്ക് അൾട്രാവയലറ്റ് പ്രകാശം പതിപ്പിക്കുമ്പോൾ അവയിലെ ഇലക്ട്രോണുകൾ ഉയർന്ന ഊർജ്ജമുള്ള ഒരു അവസ്ഥയിലേക്ക് കടക്കും (excited state). അർദ്ധചാലക ക്വാണ്ടം ഡോട്ടുകളുടെ കാര്യത്തിലാണെങ്കിൽ, ഇലക്ട്രോണുകൾ വാലൻസ് ബാൻഡിൽ നിന്ന് കണ്ടക്റ്റൻസ് ബാൻഡിലേക്കാണ് മാറുക. ഇങ്ങനെ ഊർജഭരിതമായ ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് കുറച്ചു സമയത്തിനു ശേഷം കിട്ടിയ ഊർജ്ജത്തിന് തുല്യമായ പ്രകാശോർജം പുറപ്പെടുവിച്ചുകൊണ്ട് വാലൻസ് ബാൻഡിലേക്ക് തിരികെ വരാൻ കഴിയും. അപ്പോൾ ലഭിക്കുന്ന പ്രകാശത്തിന്റെ നിറം ആ ക്വാണ്ടം ഡോട്ടിന്റെ കണ്ടക്റ്റൻസ് ബാൻഡും വാലൻസ് ബാൻഡും തമ്മിലുള്ള ഊർജ്ജ വ്യത്യാസത്തെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു.

ക്വാണ്ടം ഡോട്ടുകളെ കൃത്രിമ ആറ്റങ്ങൾ എന്നും വിളിക്കാറുണ്ട്. അതിനു കാരണം, ഇവയ്ക്ക് മറ്റ് ആറ്റങ്ങളെയോ തന്മാത്രകളെയോ പോലെതന്നെ ബന്ധിതവും (bound) വ്യതിരിക്തവുമായ (discrete) ഇലക്ട്രോണിക് അവസ്ഥകളുണ്ടെന്നതാണ് . ക്വാണ്ടം ഡോട്ടുകളിലെ ഇലക്ട്രോണിക് തരംഗഫലനങ്ങൾ (wave functions) യഥാർത്ഥ ആറ്റങ്ങളുടേതിന് സമാനമാണെന്ന് തെളിയിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്. രണ്ടോ അതിലധികമോ ക്വാണ്ടം ഡോട്ടുകൾ കൂട്ടിച്ചേർക്കുന്നതിലൂടെ ഒരു കൃത്രിമ തന്മാത്ര നിർമ്മിക്കുവാനും കഴിയും. ഇങ്ങനെ ലഭിക്കുന്ന തന്മാത്രകൾ സാധാരണ ഊഷ്മാവിൽ പോലും ഹൈബ്രിഡൈസേഷൻ കാണിക്കും.

ക്വാണ്ടം ഡോട്ടുകളുടെ ഗുണവിശേഷങ്ങൾക്കുള്ള സ്ഥാനം അർദ്ധചാലകങ്ങൾക്കും ആറ്റങ്ങൾക്കും ഇടയിലാണ്. അവയുടെ ഒപ്റ്റോ ഇലക്ട്രോണിക് സവിശേഷതകൾ വലുപ്പത്തിനും ആകൃതിക്കും അനുസരിച്ചു മാറാറുമുണ്ട്. 5–6 നാനോമീറ്റർ വ്യാസമുള്ള വലിയ ക്വാണ്ടം ഡോട്ടുകൾ ഓറഞ്ച് അല്ലെങ്കിൽ ചുവപ്പ് പോലെ വലിയ തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള നിറങ്ങൾ പുറപ്പെടുവിക്കുന്നു. ചെറിയ ക്വാണ്ടം ഡോട്ടുകൾ (2-3 നാനോമീറ്റർ) ചെറിയ തരംഗദൈർഘ്യങ്ങളുള്ള നീല, പച്ച തുടങ്ങിയ നിറങ്ങളും നൽകുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ക്വാണ്ടം ഡോട്ടിന്റെ കൃത്യമായ ഘടന അനുസരിച്ചു നിർദ്ദിഷ്ട നിറങ്ങളിൽ വ്യത്യാസങ്ങളും കാണാറുണ്ട്.

സിംഗിൾ-ഇലക്ട്രോൺ ട്രാൻസിസ്റ്ററുകൾ, സോളാർ സെല്ലുകൾ, എൽ ഇ ഡികൾ, ലേസറുകൾ, സിംഗിൾ-ഫോട്ടോൺ സ്രോതസ്സുകൾ, ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടിംഗ്, മെഡിക്കൽ ഇമേജിംഗ് എന്നിവയിൽ ക്വാണ്ടം ഡോട്ടുകൾക്ക് വലിയ സാധ്യതകളുണ്ട്. വളരെ ചെറിയ വലിപ്പം കാരണം അവയെ ഇങ്ക്ജറ്റ് പ്രിന്റിംഗിലും സ്പിൻ കോട്ടിംഗിലും ഉപയോഗിക്കാറുണ്ട്. ലാങ്‌മുയർ-ബ്ലോഡ്‌ജെറ്റ് എന്നറിയപ്പെടുന്ന നേർത്ത ഫിലിമുകളിലും അവയെ ഉപയോഗിച്ചു വരുന്നു. ചെലവു കുറഞ്ഞതും സമയം ലാഭിക്കാനാവുന്നതുമായ നിരവധി അർദ്ധചാലക നിർമാണ രീതികൾ ക്വാണ്ടം ഡോട്ടുകൾ ഉപയോഗിച്ചു വികസിപ്പിക്കാൻ കഴിഞ്ഞിട്ടുണ്ട്.