نقطه‌هاي كوانتومي (quantum dots) از جنس سلنيوم خالص را مي‌توان به سادگي با تاباندن پرتوي ليزر به پودر سلنيوم كه با ليواني آب مخلوط شده است به دست آورد. اين فرآيند آسان و كم هزينه را محققاني از دانشگاه تگزاس در سن آنتونيو و دانشگاه نورس ايسترن در آمريكا ابداع كرده اند و برخلاف ساير تكنيك‌ها، شامل مواد شيميايي بالقوه سمي نمي‌شود. از ساختارهاي نانو با كيفيت بالا مي‌توان به دو طريق كاملاً متفاوت استفاده كرد: به عنوان مواد ضد باكتري و به عنوان ذخيره كننده‌ي نور در سلول‌هاي خورشيدي.

به سوي نقطه: گرگوري گيزبيرس (چپ) و همكاران

نقطه‌هاي كوانتومي قطعات بسيار ريزي از نيمه رسانا- مانند سلنيوم- هستند كه نوعاً ابعاد چند ده نانومتري دارند. اندازه‌ي يك نقطه‌ي كوانتومي تعيين مي‌كند كه برهمكنش الكترون‌ها و حفره‌هاي حامل بار آن با نور چگونه است. در نتيجه، پژوهشگراني كه در تلاشند تا فناوري‌هاي فوتونيك و به ويژه سلول‌هاي خورشيدي بسازند به آن علاقه زيادي دارند. اما رشد دادن نقطه‌هاي كوانتومي كه كاملاً خالص و همه يك اندازه باشند، خود چالشي است.

پاك و آسان

پژوهشگران سن آنتونيو به سرپرستي گرگوري گيزبيرس (Gregory Guisbiers)، نقطه‌هاي كوانتومي خالص از جنس سلنيوم را با بهره‌گيري از تكنيكي به نام كندگي پالس ليزري در مايعات (PLAL) ساخته‌اند كه خيلي ساده، شامل تاباندن تاباندن پرتوي ليزر پالسي به يك هدف- در اينجا پودر سلنيوم در آب- است. گيزبيرس مي‌گويد: «روش ما پاك (green) است زيرا هيچ محلول خطرناكي در كار نيست؛ فقط آب است و تركيب اضافي و محصولات فرعي سمي مانند آن‌هايي كه اغلب در بسياري از فرآيندهاي خيس شيميايي ديده مي‌شود وجود ندارد. به علاوه، ارزان و آسان است چرا كه به محفظه‌ي خلاء يا به اتاق تميز نيازي نيست- همه چيز در يك ظرف آب انجام مي‌شود». او مي‌افزايد: «جمع آوري و ذخيره كردن نانو ذرات خالص توليد شده هم راحت است زيرا مستقيماً در محلول توليد مي‌شوند».

به گفته‌ي گيزبيرس، اين اولين باري است كه نقطه‌هاي كوانتومي سلنيوم با استفاده از PLAL در طول موج‌هاي ماوراء بنفش و مرئي توليد شده است. اين طول موج‌ها جذابيت ويژه‌اي دارند زيرا در مقايسه با نور در طول موج‌هاي نزديك به مادون قرمز، براي كاهش اندازه‌ي ذرات بهتر عمل مي‌كنند. گيزبيرس و همكارانش همچنين نشان دادند كه تبلور نانو ذرات ايجاد شده با اين تكنيك به اندازه‌شان بستگي دارد- يعني كوچكترين ذرات به صورت بلور هستند در حالي كه بزرگترين‌ها بي شكل‌اند.

ضد باكتري و ضد سرطان

نانو ذرات سلنيوم داراي خواص ضد باكتري و ضد سرطان‌ هستند و مي‌توان از آن‌ها در پزشكي استفاده كرد. چون اين مواد زيست-سازگار بوده و در بدن ما نيز وجود دارند. با اين حال، اگر بخواهيم از نانو ذرات در يك ساختار زيست‌پزشكي استفاده كنيم، بايد از آلودگي‌هاي سطحي پاك شوند- چيزي كه دستيابي به آن از قديم كار سختي بوده است.

گروه تحقيقاتي كه نانو ذراتشان را قبلاً بر روي باكتريِ E. coli امتحان كرده‌اند، اكنون مي‌خواهند بدانند آيا در كشتن ساير باكتري‌ها هم موثر است يا نه. گيزبيرس مي‌گويد: «ما به طور خاص به باكتري‌هاي ديگري كه در بيماري‌هاي بيمارستاني دخيل هستند مانند استافیلوکوکوس اورئوس هاي مقاوم به متي سيلين علاقه‌مند هستيم. به من گفته‌اند كه ]ابتلا به عفونت‌هاي بيمارستاني[  به تنهايي هر سال منجر به حدود 100000 مرگ در آمريكا مي‌شود؛ زيرا باكتري‌ها در برابر آنتي بيوتيك‌هاي موجود مقاوم‌تر و مقاوم‌تر مي‌شوند. به علاوه، اين به اصطلاح اَبَر ميكروب‌ها در سراسر جهان در حال گسترش هستند، كه مسئله را تبديل به يك نگراني مهم بهداشتي در سطح بين‌المللي مي‌كند».

پژوهشگران نامبرده، كار خود را در شماره‌ي آينده‌ي Laser Physics Letter گزارش خواهند كرد. اين تيم همچنين قصد دارد نقطه‌هاي كوانتومي سلنيوم خالصي را كه ساخته است با نسل سوم سلول‌هاي خورشيدي همراه كند. گيزبيرس اضافه مي‌كند كه: «در واقع، از آنجايي كه خود اين اِلِمان يك نيمه رساناي نوع p است، با تركيب كردن آن با نيمه رساناي نوع n مي‌توانيم پيوندگاه‌هاي p-n (واحدهاي سازنده‌ي تمام ابزارهاي الكترونيك امروزي) در مقياس نانو بسازيم».

-         اين مقاله نخستين بار در nanotechweb.org منتشر شد.

منبع

Laser blast makes pure quantum dots