Новости Календарь

Как квантовые точки завоевывают рынок

Как квантовые точки завоевывают рынок © Navillum. Растворы квантовых точек
Есть такие инновационные материалы, которые, как червонец, в любом деле не бывают лишними. Взять углеродные нанотрубки – и ткани из них хотят делать, и космический лифт, и провода в микросхемах, и даже опреснять ими морскую воду. В тени подобной функциональности десяток областей применения другого наноматериала – квантовых точек – пока не вызывает большого ажиотажа. И тем не менее именно квантовые точки имеют шанс первыми превратиться из лабораторного чуда в повседневную технологию, которую можно будет встретить в любом доме.

В том, что такое квантовые точки и зачем они нужны, разбираемся с Алексеем Акимовым, членом научного совета Российского квантового центра.

Физика точки

Квантовые точки – это крохотные частицы полупроводника размером в несколько десятков или сотен атомов. На кончике иглы их уместится не меньше миллиона. При столь малых размерах частица вещества еще сохраняет некоторые свойства атома – в частности, у нее остается дискретная система энергетических уровней. Перемещение электрона между энергетическими уровнями частицы приводит к излучению света. Этот эффект называется люминесценцией и знаком каждому по лампам дневного света.

Алексей Акимов

Коллоидные квантовые точки излучают на длине волны, определяемой их размером. Цвет подобного излучения тем сильнее смещен в красную область, чем крупнее точка. Химики научились довольно точно регулировать размер точек и, следовательно, их цвет. Вдобавок их внутренняя квантовая эффективность весьма высока, а длина волны излучения находится в узком диапазоне. Одним из первых практических применений квантовых точек стали маркерные красители в биологии. При возбуждении лазером они становятся хорошо заметны, что позволяет изучать движение жидкостей по сосудам.



Дисплеи нового поколения

Пока что спектр прикладного использования квантовых точек весьма ограничен. Большинство применений происходит в рамках лабораторного эксперимента. И все же на их основе уже начали выпускать светодиоды, медицинские красители, невидимые чернила для защиты ценных бумаг. А на днях компания Sony объявила о создании телевизора на базе квантовых точек. Обещают, что новая модель под маркой «Трилюминос» (Tri­luminos) будет обладать более насыщенной цветовой палитрой, чем традиционные телевизоры на жидких кристаллах.

Алексей Акимов

В этих телевизорах квантовые точки планируется использовать как источник света, а возбуждаться они будут электрическим током, будучи помещены внутрь диода. Квантовые точки определят цвет, который излучает диод, его эффективность и в конечном счете вес всего устройства. В отличие от обычных LCD цвет не будет никак зависеть от угла, под которым вы смотрите. Телевизор станет более красочным, да и весить, наверное, будет меньше. Скорее всего, разница окажется заметной, хотя жидкокристаллические мониторы и телевизоры вряд ли запросто сдадут свои позиции. Первую атаку органических светодиодов они успешно отбили. Квантовые точки тоже нежные создания, но технология их инкапсуляции разрабатывалась годами, и сами они проще и надежнее, чем органические молекулы.


Чем отличается белый от белого?

Квантовые точки – люминофоры, они переизлучают попавший на них свет. Тот же принцип используют светящиеся в ультрафиолете краски, отбеливатели для белья и звездочки на потолке детской комнаты. Но у квантовых точек есть уникальное преимущество – их можно настроить так, чтобы получить свет желаемого спектра. Привычный нам белый состоит из многих компонентов, и собрать его можно по-разному. Например, из желтого и синего спектральных диапазонов (так работают лампы дневного света) или же – из всей радужной палитры. И полученные варианты белого света отнюдь не идентичны. 


Сами вы можете и не заметить на глаз разницы между белым и белым, зато ваш фикус обладает куда большей чуткостью. 

Растения по-разному восприимчивы к различным длинам волн – настолько, что будут погибать под «белым» светом комнатного освещения, если оставить их без солнца. Специалисты базирующейся в Дубне компании QDLight утверждают, что и само Солнце – не идеальный источник света. По их словам, можно повысить тепличные урожаи на 30%, если с помощью квантовых точек в тепличном покрытии преобразовать вредный солнечный ультрафиолет в оранжево-красный.

Уже готовитесь выращивать комнатные растения под обычной домашней лампой? Но это далеко не предел возможностей. Потенциально осветители на квантовых точках смогут стать настоящим «домашним солнцем». А солнечный свет дает нам витамин D, повышает настроение и устраняет сезонное аффективное расстройство. Достаточно причин, чтобы выбросить старые люминесцентные лампы.

Специальные лампы с комфортным для человека спектром уже выпускаются для домашнего пользования, правда, стоить они в первые годы будут не меньше 100 долларов. Стоимость же самих квантовых точек сегодня составляет несколько тысяч долларов за грамм. Но так ли это много для новой технологии? 

Алексей Акимов

Как обыватель я видел падение цен на LCD-мониторы или флешки. После общения с химиками мне стало ясно, что в принципе растить квантовые точки не сложно. Но насколько хорошо этот процесс масштабируется, как сделать массовое производство, пока трудно сказать. Научные команды над этим работают. К тому же вес – обманчивая характеристика, ведь на один диод могут уйти считаные миллиграммы. Итоговая цена продукта получается не заоблачной.



Квантовые точки на финишной прямой

Пока коммерческий рынок квантовых точек растет со скоростью 55% в год, а ученые находят все новые области применения технологии. Использование в качестве электронных ловушек поднимет на новый уровень точности ряд научных экспериментов. Солнечные батареи, способные превысить теоретический КПД силикона, снабдят нас энергией. Точечная адресация отдельных генов поможет лечить заболевания, подобные муковисцидозу. А применение квантовых точек в роли кубитов может дать зеленый свет квантовому компьютеру.

Алексей Акимов

Уже сейчас это успешный коммерческий продукт, применяемый в качестве маркеров в медицине. Может быть, завтра мы увидим новые телевизоры или лампочки с их использованием, а может быть, солнечные батареи или новые лазеры для волоконного интернета, а может, и что-то третье, до чего пока еще никто не додумался. 

Предыдущий материал

Когда случится великое перепрограммирование нейронов?

Следующий материал

Улитки ответят за нашу память