量子ドットが瞬かなくなる方法 - フラスコと万華鏡 --化学ブログ

Problem Of Quantum Dot 'Blinking' Solved
http://www.sciencedaily.com/releases/2008/01/080123173149.htm

  Quantum dots--tiny, intense, tunable sources of colorful light--are
illuminating new opportunities in biomedical research, cryptography
and other fields. But these semiconductor nanocrystals also have a
secret problem, a kind of nervous tic. They mysteriously tend to
"blink" on and off like Christmas tree lights, which can reduce their
usefulness.
	:
  By bathing the dots in a watery solution of an antioxidant chemical
used as a food additive, the JILA team increased photon emission rate
four- to fivefold, a "shocking" result because the rate at which light
radiates is generally considered an immutable property of the dot,
JILA/NIST Fellow David Nesbitt says. The JILA scientists dramatically
reduced the average time delay between excitation of a quantum dot and
resulting photon emission from 21 nanoseconds to 4 nanoseconds while
reducing the probability of blinking up to 100 fold. Nesbitt calls
blinking the "hidden dirty secret" of quantum dots. 
	:
  The quantum dots used in the JILA experiments were made of
cadmium-selenide cores just 4 nanometers wide coated with zinc
sulfide. When a dot is excited by a brief laser pulse, one electron is
separated from the "hole" it normally occupies. A few nanoseconds
later, the electron typically falls back into the hole, sometimes
producing a single photon--always in a color that depends on dot size,
greenish-yellow in this case. But every so often the electron fails to
make it back to its hole and instead is ejected to imperfections on
the dot's surface. The chemical added at JILA apparently attaches to
these imperfections, blocking the electron from being trapped and
thereby preventing the dot from blinking off.

バイオ研究や暗号学などへの応用が期待されている量子ドット
(蛍光を発する小さな粒子)にはまたたく(クリスマスツリーのライトのように
光ったり光らなかったりする)という問題があります。
でもそれをある種の溶液に浸すと光らない度合いが減るというお話。

量子ドットを食品添加物として使われている酸化防止剤の水溶液に浸すと
光励起から光の放出までの時間(蛍光寿命)が21ナノ秒から4ナノ秒に
短くなるそうです(普通はこの時間は不変)。
それでまたたきが100分の1になるそうです。

量子ドットの材質はセレン化カドミウムの直径4ナノメートルのコア(芯)に
硫化亜鉛をコートしたものです。
短い時間幅のレーザー光でこの量子ドットを励起すると電子がホール(正電荷)
から離れます。数ナノ秒後に電子はホールと再結合し、そのときに1個の光子
を放出することが多いです。このときの光の色は量子ドットの大きさで決まる
一定の色です。しかし一定の割合で電子はホールとの再結合しないで量子ドットの
表面の欠陥にトラップされてしまいます。そうすると量子ドットは光らなく
なります。先述の溶液に浸すとその表面欠陥に溶液中の化学物質が吸着して、
電子が表面欠陥にトラップされることを防いで、その結果光らなくなることが
減ります。

化学的な効果でまたたきを抑えたんですね。

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