نقاط کوانتومی به کمک خودرو‌های خودران می‌آیند

آشکارساز‌های حرکتی، خودرو‌های خودران و ماهواره‌ها چه وجه مشترکی دارند؟ همه آنها حاوی آشکارساز‌هایی برای شناسایی نور مادون قرمز (IR) هستند. چنین آشکارساز‌هایی در هسته خود علاوه بر الکترونیک بازخوانی معمولاً از یک ماده نیمه‌هادی کریستالی تشکیل شده‌اند. ساخت چنین موادی چالش‌برانگیز است؛ آنها اغلب به شرایط بد محیطی مانند دمای بسیار بالا و انرژی زیادی حساسیت دارند. تیمی به رهبری ایوان شوربالکو از آزمایشگاه حمل و نقل در مقیاس نانو در EMPA در حال کار بر روی آشکارساز‌های IR کوچک ساخته شده حاوی نقاط کوانتومی هستند.

درک مفهوم نقاط کوانتومی برای اکثر مردم ساده به نظر نمی‌رسد. شوربالکو توضیح می‌دهد: خواص یک ماده نه تنها به ترکیب شیمیایی، بلکه به ابعاد آن نیز بستگی دارد. اگر ذرات کوچکی از یک ماده خاص تولید کنید، ممکن است خواص متفاوتی نسبت به قطعات بزرگتر از همان ماده داشته باشند. این به دلیل اثرات کوانتومی است، از این رو نقاط کوانتومی نامیده می‌شود.

برای کشف و سنتز این ذرات جذاب، مونگی باوندی، لوئیس‌ای بروس و الکسی اکیموف در سال ۲۰۲۳ جایزه نوبل شیمی را دریافت کردند.

نقاط کوانتومی کلوئیدی در یک محلول قرار می‌گیرند و می‌توانند با استفاده از پوشش چرخشی یا چاپ روی مواد مختلف اعمال شوند، این مواد ارزانتر، کم مصرف‌تر و انعطاف‌پذیرتر از نیمه‌هادی‌های معمولی هستند.

گروه تحقیقاتی ماکسیم کووالنکو در آزمایشگاه فیلم‌های نازک و فتوولتائیک بیش از ۱۰ سال است که روی سنتز نقاط کوانتومی از مواد مختلف کار می‌کند. شوربالکو و تیمش در این پروژه نقاط کوانتومی را برای تولید اجزای الکترونیکی کارآمد آشکارساز‌های IR استفاده کرد.

در سال ۲۰۲۳، محققان Empa موفق شدند یک آشکارساز IR ساخته شده از نقاط کوانتومی را روی یک فیبر پلیمری نوری چاپ کنند، کاری که با روش‌های ساخت آشکارساز‌های IR معمولی امکان‌پذیر نیست. برای دستیابی به این هدف، شوربالکو و دانشجوی دکترای او گوخان کارا متخصص مواد، کووالنکو و یاروسلاو رومانیوک، متخصص چاپ از آزمایشگاه فیلم‌های نازک و فتوولتائیک Empa و متخصص فیبر، رنه روسی از آزمایشگاه غشاء و فرآیند‌های بیومیمتیک وارد همکاری شدند تا در نهایت این پروژه انجام شد.

یکی از کاربرد‌های احتمالی این فناوری منسوجات هوشمند خواهد بود. شوربالکو می‌گوید: بازار جهانی نساجی بزرگ‌تر و سریع‌تر از بازار لوازم الکترونیکی مصرفی در حال رشد است. منسوجات تخصصی به ویژه می‌توانند از آشکارساز‌های IR انعطاف‌پذیر بهره‌مند شوند، لباس‌های کاربردی برای آتش‌نشانان یا منسوجات پزشکی برای نظارت بر بیمار از جمله این کاربرد‌ها هستند.

از آنجایی که هر آشکارساز از نقاط کوانتومی متعددی به اندازه پنج نانومتر تشکیل شده است، می‌توان آشکارساز‌های IR بسیار کوچکی ساخت. یک آشکارساز سریع مبتنی بر نقاط کوانتومی می‌تواند جایگزین سامانه‌های فعلی شده و سیستم‌های لیدار قدرتمند، ایمن و مقرون به صرفه را ارائه کند.

منبع: ستاد نانو