Квантовые точки (КТ) — это наночастицы полупроводникового материала с размерами порядка нескольких нанометров, в которых электроны и дырки ограничены во всех трёх пространственных направлениях. Такое сильное квантовое ограничение приводит к дискретизации энергетических уровней, аналогично атомным орбитам, из-за чего КТ часто называют искусственными атомами.
Квантовое ограничение Электроны в КТ ведут себя как частицы в потенциальной яме с конечными размерами, что приводит к дискретному спектру энергии вместо непрерывной зоны, характерной для объемных полупроводников.
Энергетические уровни и переходы Дискретные уровни в КТ можно условно обозначить как s-, p-, d-орбитали, аналогично атомным уровням. Расстояние между уровнями определяется размером точки: чем меньше КТ, тем больше энергия возбуждения.
Электронно-дырочные пары (экситоны) В КТ возбуждение приводит к формированию экситонов с дискретной энергией. Размер КТ влияет на спектр излучения — эффект квантового ограничения проявляется как сдвиг фотолюминесценции в сторону более коротких волн при уменьшении размеров.
Туннельный эффект и зарядовая дискретность В КТ возможны эффекты одиночного электрона (Coulomb blockade), когда добавление каждого следующего электрона требует определённой энергии, что используется в одномолекулярной электронике.
Спиновые свойства Квантовые точки позволяют манипулировать спиновыми состояниями электронов, что открывает перспективы для квантовых вычислений и спинтроники.
Оптические свойства Высокая яркость и спектральная избирательность делают КТ перспективными для лазеров, светодиодов и биомедицинской визуализации.
Химический синтез Коллоидные методы позволяют получить КТ с контролируемым размером и составом.
Эпитаксиальный рост Методы молекулярно-лучевой эпитаксии (MBE) и химического осаждения из паровой фазы (CVD) позволяют создавать самосборные КТ на подложках.
Материалы Наиболее распространены полупроводники II–VI (CdSe, ZnS) и III–V (InAs, GaAs), а также перовскитные КТ.
Оптоэлектроника КТ используются в светоизлучающих диодах, солнечных элементах, лазерах с низким порогом.
Биомедицинская визуализация КТ применяются как флуоресцентные метки с высокой стабильностью и узким спектром излучения.
Квантовые вычисления Манипуляция отдельными электронными и спиновыми состояниями в КТ — основа для квантовых битов (кубитов).
Сенсорные технологии Изменение оптических свойств КТ под воздействием окружающей среды позволяет использовать их в химических и биосенсорах.