התקדמות המחקר של לייזרים קוונטיים קולואידיים

התקדמות המחקר שללייזרים קוונטיים קולואידיים
בהתאם לשיטות השאיבה השונות, ניתן לחלק לייזרי נקודות קוונטיות קולואידליות לשתי קטגוריות: לייזרי נקודות קוונטיות קולואידליות המופעלות באופן אופטי ולייזרי נקודות קוונטיות קולואידליות המופעלות באופן חשמלי. בתחומים רבים כמו המעבדה והתעשייה,לייזרים שאובים אופטית, כגון לייזרי סיבים ולייזרי ספיר מסוממים בטיטניום, ממלאים תפקיד חשוב. בנוסף, בתרחישים ספציפיים מסוימים, כמו בתחום ה-לייזר מיקרו-זרימה אופטי, שיטת הלייזר המבוססת על שאיבה אופטית היא הבחירה הטובה ביותר. עם זאת, בהתחשב בניידות ובמגוון הרחב של יישומים, המפתח ליישום של לייזרי נקודות קוונטיות קולואידיים הוא השגת תפוקת לייזר תחת שאיבה חשמלית. עם זאת, עד כה, לייזרי נקודות קוונטיות קולואידיים המוזרקים חשמלית לא מומשו. לכן, עם מימוש לייזרי נקודות קוונטיות קולואידיים המוזרקים חשמלית כקו העיקרי, המחבר דן תחילה בקשר המרכזי בהשגת לייזרי נקודות קוונטיות קולואידיים המוזרקים חשמלית, כלומר, מימוש לייזר אופטי רציף של נקודות קוונטיות קולואידיות, ולאחר מכן מרחיב את הליך זה ללייזר תמיסה המוזרק אופטית של נקודות קוונטיות קולואידיות, שסביר להניח שיהיה הראשון שיממש יישום מסחרי. מבנה הגוף של מאמר זה מוצג באיור 1.

אתגר קיים
במחקר של לייזר קוונטי קולואידי, האתגר הגדול ביותר עדיין הוא כיצד להשיג מדיום הגברה של נקודות קוונטיות קולואידיות עם סף נמוך, הגבר גבוה, חיי הגבר ארוכים ויציבות גבוהה. למרות שדווחו על מבנים וחומרים חדשים כגון ננו-גיליונות, נקודות קוונטיות ענקיות, נקודות קוונטיות גרדיאנט גרדיאנט ונקודות קוונטיות פרובסקיט, אף נקודה קוונטית אחת לא אושרה במעבדות מרובות ככזו שמקבלת לייזר שאוב אופטי גל רציף, דבר המצביע על כך שסף ההגבר והיציבות של נקודות קוונטיות עדיין אינם מספיקים. בנוסף, בשל היעדר סטנדרטים מאוחדים לסינתזה ואפיון הביצועים של נקודות קוונטיות, דוחות ביצועי ההגבר של נקודות קוונטיות ממדינות ומעבדות שונות שונים מאוד, וחזרתיות אינה גבוהה, מה שמעכב גם את פיתוחן של נקודות קוונטיות קולואידיות עם תכונות הגבר גבוהות.

נכון לעכשיו, לייזר אלקטרו-שאוב של נקודות קוונטיות לא מומש, דבר המצביע על כך שעדיין קיימים אתגרים בפיזיקה הבסיסית ובמחקר הטכנולוגי המרכזי של נקודות קוונטיות.מכשירי לייזרנקודות קוונטיות קולואידליות (QDS) הן חומר הגבר חדש הניתן לעיבוד בתמיסה, שניתן לייחס לו מבנה התקן הזרקה אלקטרונית של דיודות פולטות אור אורגניות (LED). עם זאת, מחקרים אחרונים הראו כי התייחסות פשוטה אינה מספיקה כדי לממש את לייזר נקודות הקוונטים הקולואידי האלקטרוני הזרקה. בהתחשב בהבדל במבנה האלקטרוני ובמצב העיבוד בין נקודות קוונטיות קולואידליות לחומרים אורגניים, פיתוח שיטות חדשות להכנת סרטי תמיסה המתאימות לנקודות קוונטיות קולואידליות ולחומרים עם פונקציות הולכת אלקטרונים וחורים הוא הדרך היחידה לממש את הלייזר האלקטרו המושרה על ידי נקודות קוונטיות. מערכת נקודות הקוונטים הקולואידיות הבוגרת ביותר היא עדיין נקודות קוונטיות קולואידליות קדמיום המכילות מתכות כבדות. בהתחשב בהגנת הסביבה ובמפגעים ביולוגיים, זהו אתגר גדול לפתח חומרי לייזר נקודות קוונטיות קולואידליות ברי קיימא חדשים.

בעבודה עתידית, המחקר של לייזרי נקודות קוונטיות המופעלים על ידי שאיבה אופטית ולייזרי נקודות קוונטיות המופעלים על ידי שאיבה חשמלית צריך ללכת יד ביד ולמלא תפקיד חשוב באותה מידה במחקר בסיסי וביישומים מעשיים. בתהליך היישום המעשי של לייזר נקודות קוונטיות קולואידי, יש לפתור בדחיפות בעיות נפוצות רבות, וכיצד ניתן לממש את מלוא התכונות והתפקודים הייחודיים של נקודת נקודות קוונטיות קולואידיות נותר לחקור.