От реалиите на квантовата механика дъхът спира

Конструктор от квантови точки обещава революция в оптоелектрониката.

Нобеловата награда за физика през 2014 г. привлече всеобщото внимание към сините светодиоди. Те отдавна са станали привични във всекидневието.

В описанията на същината на това технологично изобретение се подчертава, че светодиодите (LED) са с размер не повече от песъчинка, което във века на нанотехнологиите не впечатлява особено.

Нанотехнологиите не стоят на едно място. Но те са ефективни и от гледна точка на пазарния успех.

В началото на миналата година учените от Института за наука и технологии в японската Окинава предложиха хибридни наночастици с няколко (3-4) мултикомпонентни сърцевини, съставени от железни и сребърни атоми, чиято повърхност е покрита с биосъвместим силикон.

Последното обстоятелство подразбира, че материалът на обвивката не предизвиква имунна реакция на организма и че силиконът притежава лепкави свойства за различен род биополимери (протеини, нуклеинови киселини, антитела и т.н.).

През октомври 2014-а едновременно с обявяването на имената на лауреатите на Нобеловата награда по физика учените от Масачузетския технологичен институт съобщиха в Nature Communications, че са успели да създадат магнитни наночастици – квантови точки – с желязно ядро и кадмиева обвивка.

Особеност на квантовите точки е тяхната способност да светят (флуоресцират), което ги прави видими под микроскоп, за което беше връчена награда за химия. Магнитната сърцевина позволява да се управлява движението на наноточките, да речем, в клетка, целенасочено да се насочва в необходимата посока към различни клетъчни структури – митохондриите, изработващи енергия – ядро с прекалено активни гени или да се включат в него „мълчащи“ гени на имунната противоракова защита.

Малко по-късно учените от университета в Лунд (Швеция) обявиха, че в мозък, пострадал от исхемичен инсулт в резултат на запушване на един от мозъчните съдове, спомагателни астроцити (клетки със звездовидна форма, откъдето е тяхното название) дават отначало незрели, а след това и напълно активни неврони (Science).

Използването на магнитни наночастици може да стимулира възстановителния процес на нервната тъкан с нови клетки със свойствата на нервни стволови. В MIT за покриването на квантовите точки с магнитни свойства също използвали силикон, към който буквално прилепват различни органични молекули.

В университета „Дюк“ в Дърам, Северна Каролина, лепящите свойства на светещите органични съединения били използвани за създаването на LED, изпускащи фотони повече от хиляда пъти по-бързо от съществуващите днес (Nature Photonics). Толкова впечатляващ резултат бил постигнат с помощта на сребърно нанокубче със страни 65–95 нм, разположено на подложка от злато.

Учените постигнали усилване на насочената емисия фотони (с ефективност 84%). Дебелината на златната лента е 50 нм, а процепът между нея и кубчето от сребро не превишава 5–15 нм, тоест малко по-дебела от плоската молекула на флуоресцентното съединение.

Авторите пишат, че те могат да варират от размери на сребърното кубче, стигайки до цепнатина от 1 нм! Това зависи от дебелината и размера на светещите молекули. Тяхното разположение в хода на описаните експерименти е било случайно, но учените очакват, че подреденото положение ще позволи още повече да се повиши производителността на тяхната наноконструкция.

В идеалния случай те се надяват да използват една-единствена молекула точно под кубче с още по-малък размер. Това ще направи LED видими само в мощен електронен микроскоп, но още „по-светли“.

Планира се да бъдат създадени толкова необходимите източници на единични фотони, които могат да се използват за квантова криптография (кодиране на съобщения, саморазрушаващо се при опит за страничен достъп). И тогава хакерите ще трябва да търсят нови области за прилагане на своите усилия…