Os chamados pontos quânticos são uma nova classe de materiais com muitas aplicações. Os pontos quânticos são compostos por minúsculos cristais semicondutores com dimensões na faixa dos nanômetros. As propriedades ópticas e elétricas podem ser controladas pelo tamanho desses cristais. Como QLEDs, já se encontram no mercado nas últimas gerações de telas de TV, onde garantem uma reprodução de cores particularmente brilhante e de alta resolução. No entanto, os pontos quânticos não são usados apenas para formar pixels coloridos, eles também são usados em células solares ou como dispositivos semicondutores, até os blocos de construção computacionais, os qubits, de um computador quântico.
Agora, uma equipe liderada pela Dra. Annika Bande no HZB ampliou o entendimento da interação entre vários pontos quânticos com uma visão atomística em uma publicação teórica.
Annika Bande lidera o grupo “Teoria da Dinâmica Eletrônica e Espectroscopia” no HZB e está particularmente interessada nas origens dos fenômenos físicos quânticos. Embora os pontos quânticos sejam nanocristais extremamente minúsculos, eles consistem em milhares de átomos com, por sua vez, múltiplos de elétrons. Mesmo com supercomputadores, a estrutura eletrônica de tal cristal semicondutor dificilmente poderia ser calculada, enfatiza a química teórica, que completou recentemente sua habilitação na Freie Universität. “Mas estamos desenvolvendo métodos que descrevem aproximadamente o problema”, explica Bande. “Neste caso, trabalhamos com versões de pontos quânticos em escala reduzida de apenas cerca de cem átomos, que, no entanto, apresentam as propriedades características de nanocristais reais.”
Com esta abordagem, após um ano e meio de desenvolvimento e em colaboração com o Prof. Jean Christophe Tremblay do CNRS-Université de Lorraine em Metz, conseguimos simular a interação de dois pontos quânticos, cada um composto por centenas de átomos, que trocar energia uns com os outros. Especificamente, investigamos como esses dois pontos quânticos podem absorver, trocar e armazenar permanentemente a energia controlada pela luz. Um primeiro pulso de luz é usado para excitação, enquanto o segundo pulso de luz induz o armazenamento.
No total, investigamos três pares diferentes de pontos quânticos para capturar o efeito do tamanho e da geometria. Calculamos a estrutura eletrônica com maior precisão e simulamos o movimento eletrônico em tempo real com resolução de femtossegundos (10-15 s).
Os resultados também são muito úteis para pesquisa e desenvolvimento experimental em muitos campos de aplicação, por exemplo, para o desenvolvimento de qubits ou para apoiar a fotocatálise, para produzir gás hidrogênio verde pela luz solar. “Estamos constantemente trabalhando para estender nossos modelos para descrições ainda mais realistas de pontos quânticos”, diz Bande, “por exemplo, para capturar a influência da temperatura e do ambiente.”
Publicado em 05/06/2021 01h21
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