ในค.ศ.1988 ดร. หลุยส์ บรัส (Louis Brus) และทีมวิจัย ค้นพบว่าผลึกระดับนาโนที่มีขนาดต่างๆ กันของสารกึ่งตัวนำชนิดเดียวกัน เช่น สารกึ่งตัวนำแคดเมียมเซลิไนด์ (CdSe) สามารถแสดงพฤติกรรมของสีที่แตกต่างกันออกไปอย่างน่าประหลาดใจ ซึ่งผลึกที่มีขนาดระดับนาโนเมตรของสารกึ่งตัวนำเหล่านี้เรียกกันว่า ควอนตัมดอท (Quantum dot) และจากผลงานการค้นพบนี้ก็ทำให้นักวิทยาศาสตร์ได้เข้าใจขอบเขตของปรากฏการณ์ระดับควอนตัม ที่เกิดขึ้นในความสัมพันธ์ระหว่างขนาดและสีของผลึกนาโนมากยิ่งขึ้น
ควอนตัมดอท (quantum dot) หรือเรียกว่าจุดระดับควอนตัม เป็นโครงสร้างที่มีลักษณะเป็นผลึกนาโน (nanocrystal) ของสารประกอบที่มีคุณสมบัติเป็นสารกึ่งตัวนำ (semiconductor) เช่น แคดเมียมเซลิไนด์ (CdSe) และ เลดซัลไฟด์ (PbS) ซึ่งประกอบไปด้วยอิเล็กตรอนจำนวนระหว่าง 100 - 1,000 อิเล็กตรอน และเป็นโครงสร้างนาโนที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางอยู่ในช่วงระหว่าง 2 - 10 นาโน เมื่อมองโครงสร้างของควอนตัมดอทนี้ผ่านเครื่องมือที่สามารถสำรวจโครงสร้างระดับนาโนได้ จะมองเห็นว่าโครงสร้างนี้มีลักษณะเป็นจุด (dot) และเมื่อโครงสร้างของควอนตัมดอทที่ได้จากสังเคราะห์มีขนาดเล็กระดับนาโนนี้ ทำให้โครงสร้างนี้หรือจุดนี้ก็จะแสดงพฤติกรรมภายในอะตอมหรือภายในโมเลกุลแบบควอนตัม(quantum) ตามหลักการ quantum physics จึงเรียกโครงสร้างนาโนของวัสดุที่มีลักษณะเช่นนี้ว่า ควอนตัมดอท หรือผลึกนาโนของสารกึ่งตัวนำ โครงสร้างระดับนาโนของควอนตัม ดอท ประกอบไปด้วยส่วนสำคัญ 2 ส่วนได้แก่ ส่วนแกนของควอนตัมดอท (core quantum dot) และส่วนผิวรอบนอกของควอนตัมดอท (core-shell coating)
ควอนตัมดอทมีขนาดของโครงสร้างที่เล็กมาก โดยถ้าเทียบกับความยาวประมาณ 2 เซนติเมตร ก็เป็นระยะความยาวที่สามารถจัดเรียงโครงสร้างของควอนตัมดอทได้ทั้งสิ้น ประมาณ 4,000,000 ดอทด้วยกัน
ควอนตัมดอทเป็นโครงสร้างนาโนสังเคราะห์ที่มีคุณสมบัติที่พิเศษ อันเกิดจากการที่อิเล็กตรอนที่อยู่ภายในโครงสร้างนาโนของควอนตัมดอท ถูกจำกัดบริเวณการเคลื่อนที่ทั้งสามมิติไว้ (quantum confinement) ทำให้อิเล็กตรอนเหล่านั้นสามารถที่จะเคลื่อนที่ได้ในปริมาตรที่จำกัด ซึ่งจะไม่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระเหมือนกับที่เกิดขึ้นในโครงสร้าง ขนาดใหญ่เป็นปรากฏการณ์ที่จะไม่เกิดขึ้นหรือเกิดขึ้นน้อยมากสำหรับโครงสร้างขนาดปกติ
การถูกกักขังนี้จึงส่งผลให้เกิดระดับการส่งผ่านพลังงานที่ไม่ต่อเนื่อง หรือเกิดเป็นพลังงานแบบควอนตัมนั่นเอง ส่งผลให้ค่าระดับพลังงานของอิเล็กตรอนภายในควอนตัม ดอทสามารถควบคุมให้แปรเปลี่ยนไปตามขนาดของควอนตัม ดอท ซึ่งจะพบว่าควอนตัม ดอทที่มีขนาดโครงสร้างเล็ก จะมีช่วงของช่องว่างระหว่างแถบพลังงานอิเล็กตรอน (energy band gap) ซึ่งเป็นช่องที่อยู่ระหว่างแถบพลังงานต่ำ (conduction band) และแถบพลังงานสูง (valence band)) ของระดับพลังงานที่กว้างมากกว่าควอนตัม ดอทที่มีขนาดโครงสร้างใหญ่กว่า และโครงสร้างของควอนตัม ดอทที่มีขนาดเล็กกว่าจะมีค่า Exciton Bohr Radius ที่มากกว่าโครงสร้างควอนตัม ดอทที่มีขนาดใหญ่อีกด้วย
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น