Ein Quantenpunkt ist ein Teilchen mit einer ungefähren Größe von einem Nanometer, das die Anzeigeeigenschaften eines Halbleiters hat. Ein Halbleiter ist ein festes Material, das eine gewisse elektrische Leitfähigkeit besitzt. Silizium ist eines der am häufigsten verwendeten Materialien, um einen Quantenpunkt zu erzeugen.
Die Größe des Quantenpunktes, ein Milliardstel Meter, kann dazu führen, dass er ungewöhnliche Eigenschaften aufweist, die in größeren Proben eines Halbleitermaterials nicht vorhanden sind. Diese Eigenschaften könnten einige Vorteile für den Menschen haben, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Energie- und Lichtproduktion. Im Gegensatz zu einigen Formen der Nanotechnologie ist der Quantenpunkt nicht theoretisch. Es wurde in einer realen Umgebung erstellt.
Der Schlüssel zum Quantenpunkt liegt in den Elektronen. Elektronen besetzen eines von zwei Bändern im Kristall eines Materials. Durch die Bereitstellung der richtigen Stimuli kann ein Elektron oder vielleicht mehr als eines angeregt werden, sich von einem Band zum anderen zu bewegen. Wenn es sich von einem Band zum anderen bewegt, erzeugt es ein Loch, das positiv geladen ist. Loch und Elektron werden zusammen als Exziton bezeichnet.
Das Elektron und das Loch im Exziton halten normalerweise Abstand zueinander. Dies wird als Exciton-Bohr-Radius bezeichnet. Wenn der Kristall jedoch verkleinert wird, füllt er diese Lücke. Sobald dies geschieht, ändert sich die Fähigkeit des Kristalls, Energie zu absorbieren und abzugeben. An diesem Punkt wird der Quantenpunkt erzeugt. Durch Verkleinern oder Vergrößern des Quantenpunktes können verschiedene Farben erhalten werden.
Der Quantenpunkt hat eine Reihe von verschiedenen Anwendungen. Mehrere Quantenpunkte können als Leuchtdioden in Schildern, Zellfärbungen für die Beobachtung der Biowissenschaften oder sogar Tinten verwendet werden, die bei der Erkennung von Fälschungen helfen können. Eine weitere Sicherheitsanwendung, die bald realisiert werden könnte, ist leuchtender Staub, mit dem Eindringlinge in Sperrgebieten verfolgt werden könnten.
Ähnlich wie bei der Faseroptik können auch Quantenpunkte zur Übertragung von Daten verwendet werden. Einige Schätzungen deuten darauf hin, dass die Datenübertragung mit Quantenpunkten gegenüber Standard-Ethernet-Verbindungen um das Millionenfache steigen könnte.
Dies sind zwar einige der modernsten Anwendungen, es gibt aber auch banalere. Quantenpunkte könnten als Lichtquelle in Gebäuden oder sogar als Beleuchtung für Computerbildschirme verwendet werden.