Что такое квантовые точки? Нобелевская премия 2023 по химии
HTML-код
- Опубликовано: 12 дек 2023
- В этом видео я рассказываю что такое квантовые точки и почему в 2023м году за них дали нобелевскую премию.
Здесь подробно рассказывается как устроена квантовая точка, за что дали нобелевскую премию и почему её называют искусственным атомом. Я рассказываю как про коллоидные квантовые точки, так и про эпитаксиальные квантовые точки. Видео достаточно научно-популярное, оно должно быть понятно если не каждому школьному выпускнику, то любому студенту вуза.
Также рекомендую вам другие мои видео на тему физики и академической науки на моём канале.
Ссылка на мой телеграмм канал:
t.me/nauchnuy
Для тех, кто хочет больше деталей - очень хорошая лекция от Анны Валерьевны
• Лекция Родиной А.В. «П... 
Наука
что такое квантовые точки и почему их называют искусственными атомами. 
• Квантовые точки - это локализованные электроны в полупроводниковых материалах, которые имеют дискретный набор уровней энергии. 
00:06:50
Проблемы с атомами и решение с квантовыми точками
• Атомы имеют проблемы с взаимодействием со светом и сложностью работы с ними. 
• Квантовые точки решают эти проблемы, так как они хорошо совместимы с полупроводниковыми технологиями и могут быть перестроены для соответствия желаемым длинам волн и частотам. 
00:12:05
Виды квантовых точек и материалы
• Квантовые точки могут быть эпитаксиально выращенными (на поверхности кристалла) или коллоидными (выращенными в растворе). 
• Популярные материалы для квантовых точек: кремний, германий, индий, мышьяк, арсенит галлия, алюминий, галлий, мышьяк. 
• Выбор материала определяет длину волны или цвет излучаемого света. 
00:14:09
Что такое квантовая точка
• Квантовые точки - это наноразмерные полупроводниковые кристаллы, которые могут излучать свет. 
• Они могут быть сделаны из разных материалов, таких как кадмий-селен, кадмий-титан, цинк-селен и другие. 
• Квантовые точки излучают свет лучше, чем атомы, из-за их большего размера и диполя. 
00:20:44
Применение квантовых точек
• Квантовые точки могут использоваться как люминесцентные красители для создания мониторов и телевизоров на основе квантовых точек. 
• Они также могут использоваться как активная среда для лазеров и в квантовых компьютерах. 
• Из квантовых точек можно излучать пары запутанных фотонов, что важно для телекоммуникации.
Спасибо Вам большое!
вы не ответили на главный вопрос, искусственный атом? Фулерен например, это кванотовая точка? Формально решение уравнения шредингера допустимо и для нескольких ядер, потому это просто алгебраическое ообощение.
@@user-fr8vo4hj2p ну искусственный атом это не научное определение, а красивый наглядный образ. Алфёров его активно использовал, я подумал, что и мне тогда можно
Фуллерены никто так, насколько мне известно, не называл.
@@nauchnyi_kosarev , иногда можно и не думать а спросить химиков, могут ли искусственные атому образовывать комплексы и как в таком случае идентифицировать связи, 🙂
@@user-fr8vo4hj2p не было пока такой задачи!
В твердом теле, когда атомов уже тысячи, про отдельные связи речи не идёт 🤷 это же не фуллерен с 60ю штуками
У меня на кафедре родной их очень любили, считали всё время что-то, но уже лет 10 как не занимаются, я думаю.
Уметь объяснить просто и чтобы при этом все было понятно даже ребенку, это талант. Спасибо раньше не мог понять, что это за точки такие, а теперь понял все очень ясно👍
Спасибо за текстовые пояснения, вот это круто! понравилось, продолжайте, пожалуйста!
Спасибо! Да, без пояснений было бы немного не то
Обязательно продолжу!
@@nauchnyi_kosarevправда что квантовая точка это не атом и он имеет размер в 100 раз больше чем атом? Или ну я понял из видео, что это ещё не доработанный исскуственный атом, исскуственный атом по поему должен быть и с размером с атомом
@@dios9168 искусственный атом это научно-популярное название, которое показывает, что не только атом может быть квантовым источником света. Т.е. там образуются уровни электрона за счёт пространственного ограничения его движения по всем направлениям. В научной среде их так максимум для красного словца называют
Цели сделать размером с атом нет, они хороши такими, какие они есть. 10-20 нанометров это прекрасный размер для современной нано электроники. Если честно, хорошо бы и побольше их сделать, но тоже не выходит.
И да, там тысячи атомов.
Было бы интересно посмотреть еще видео на тему нобелевских премий! Вы отлично объясняете!
Есть какая-то любимая? Желательно по физике:)
@@nauchnyi_kosarevтак квантовая спутанность же!🙂 и соотвественно сверхсветовая скорость🙂 горячие темы🔥👍
@@nauchnyi_kosarev можно про хайповую тему про псевдо-нарушение причинности с отложенным выбором (сформулировал как смог),
Спасибо. Отличный баланс между простой подачи и сложностью вопроса. Хотел бы услышать Ваш разбор премии по физике 2022 года.
Добавил в список тем!
да упаси Господе от такого. Пусть лучше рисует комиксы.
Спасибо за ролик! Отлично объясняешь, интересно и главное еще и понятно!
Спасибо за контент! Очень интересно!
Спасибо за такое понятное объяснение. Всегда очень приятно слушать истинного специалиста по теме
Спасибо!
Очень крутая и интересная у вас деятельность. Спасибо за выпуск!
Спасибо очень познавательно и доступно
Понятно излагаете! Спасибо!
Спасибо!
Хорошая лекция, подача, формат, пояснения все понравилось. Давайте лекцию по Нобелевке в Физике!
то, что надо, спасибо )
класс! спасибо!
Вам спасибо!
Подписался. Отличный канал!
Спасибо!
очень здорово!
Интересно рассказываешь!
Спасибо!
Спасибо вам
Спасибо!
очень интересно
Хороший обзор, познавательно;
Жду рассказы про другие Нобелевские премии)
Спасибо! Уже работаю над этим!
браво ...отлично
🕺
Интересное видео, отдельное спасибо за пояснение практического применения квантовых точек! У вас хорошо получается объяснять, буду рада новым обзорам передовых научных исследований
Я вообще материаловед, но очень интересно наблюдать как мои университетские знания физики, химии и других дисциплин собираются в одно общее
Большое спасибо!
Очень приятно знать, кому квантовые точки оказались интересны!
очень интересное видео, с нетерпением жду продолжения темы, очень интересно было бы посмотреть Ваш разбор пары запутанных фотонов, сделайте, пожалуйста. Желаю успехов
Спасибо! Уже работаю над этим, но надо подумать как это изложить так, чтобы и понятно было и не опускать важные детали и волновые функции сильно много не показывать.
Очень интересно! Такие маленькие штучки с особыми свойствами - супер материал!
Вам наверное понравится ещё метаматериал! Это материал с маленькими штучками внутри, но не с квантовыми точками 😄
Спасибо за познавательный ролик! Подскажите, возможно ли получение с помощью данной технологии источников излучения для экстримальной УФ литографии или существуют какие-либо ограничения?
Пожалуйста! :)
Экстремальная УФ литография основывается на длине волны порядка 13 нм, это практически рентген.
Коллоидные квантовые точки работают в диапазоне видимого до ИК, а эпитаксиальные в основном от красных до ИК. Я сейчас работаю с дальним ИК, около 1.5 мкм.
Я прикинул на листочке, чтобы получить 13 нм нужна запрещённая зона около 95 эВ, а это уже далеко от полупроводников, где на обычно от 0.5 до 5 эВ.
В общем, квантовые точки либо для видимого, либо для ИК диапазона, а экстремальный ультрафиолет получить вряд-ли получиться
Малый объект (электрон), запертый в потенциальной яме, приобретает квантовые свойства: может обладать только строго-определенной энергией. В случае атома роль потенциальной ямы выполняет положительно заряженное массивное ядро. Если в окрестности есть другие потенциальные ямы, объект может "перескочить" в другую область, тогда говорят о туннелировании, или туннельном эффекте. Так, в полупроводниковых (нелинейных) элементах, например, в диодах, в области p-n перехода свободные электроны оказываются заперты границами очень тонкого слоя, при приложении достаточно малого напряжения к p-n-переходу, их энергии оказывается не достаточно, чтобы выбраться оттуда. Однако, есть не нулевая вероятность нахождения за границами p-n-перехода, и происходит туннелирование. Это видно на вольт-амперной характеристике (по оси абсцисс - приложенное напряжение, ординат - ток черед диод), около нуля есть небольшой скачок тока (он совсем маленький, обычно не показывают на ВАХ в справочниках), он вызван туннельным эффектом.
Похоже, что так и работает.
Спасибо за напоминание, что есть даже отдельная категория диодов - туннельные, в которых эффект доведён до макроскопического, даже выпускали промышленно, например 3И306.
наконец-то я понял про энергетические уровни и спектры!!! Спасибо
Не поверите, сидел минут 20 думал как без формул про них сказать и придумал струны. Вчера открываю описание Нобелевской премии по физике (сверхкороткие импульсы) за этот год, а там ровно оно. Было очень приятно, что сам додумался 😊
Круто 😮
Спасибо!
Научный Косарев спасибо за ролик. Ты упоминал лазерный пинцет для атомов. Можно поподробнее? Устройство, недостатки, развитие, перспективы, где используются или могут использованы.
Спасибо за хорошую идею! Надо про это рассказать.
Это нобелевская премия по физике 2018го года, кстати!
Биологи ими пользуются очень активно, любители одиночных атомов. Я помню, что примерно за пару месяцев до нобелевской премии того года слышал как коллеги биологи его активно обсуждали в плане работы. Очень тогда порадовало, что "о, а я про него слышал" когда собственно премию дали.
Спасибо! Очень интересно) хотелось бы послушать про применение и современное состояние дел в этой области!)
Пожалуйста!
Вот это можно!
@@nauchnyi_kosarev Уважаемый! Умственное понимание и умственное исследование - это, конечно, замечательно. Но..... , это - умственное, опять же - умственное. И даже когда вы смотрите на так называемые "показания" приборов, то это, опять же, всего лишь умственное восприятие и, при этом, - нетождественное, не одно и тоже, что и наблюдаемый процесс, "понимаемый" умом, ограниченным самим же Собой ! Поэтому воспринимаете процесс своего же собственного восприятия, но не процесс, ПодРазумеваемый . Поэтому так называемая "точка" - это давно известная абстракция. Тем более - бесконечно малая точка, которую невозможно ни представить, ни зафиксировать приборами, состоящими, опять же и всего лишь, из элементов таблицы Менделеева. И тем более : бесконечно малая точка - бесконечна, то есть - движется бесконечно. И более того : когда вы смотрите на след чего-то, то это что-то(нечто) - также след чего-то !! И так Далее ...............
Интересно, можно ли построить оптический процессор на квантовых точках и, если это в принципе возможно, то насколько перспективна такая технология?
По идее можно, квантовая точка как излучатель или приёмник. Волноводы вокруг них научились делать достаточно хорошо.
Перспективна технология или нет это скорее вопрос того какую задачу этим можно решить и сколько это будет стоить. Тут у меня идей не много
Привет, Дмитрий.
Было бы интересно послушать последние новости об испытаниях в области устройства частиц и о развитии m-теории или её альтернатив. Особенно интересуют структура и механика вихревых явлений и солитонов в квантовых полях.
Ой, это дело интересное, но я очень очень далёк оттуда. Я полупроводниками занимаюсь, там совершенно другая жизнь - и кстати очень интересная. Про поляритон слышали когда-нибудь? Это суперпозиция фотона и электронно-дырочной пары. Они образуют кондентас Бозе-Эйнштейна, очень классная штука и на её основе можно сделать лазер или всякие квантовые компьютеры. Вот про это я могу
@@nauchnyi_kosarev любая информация о реальном устройстве частиц очень интересна. Насколько я понимаю, теоретики всё очень упрощают в своих моделях для упрощения расчётов. И хотелось бы знать больше о том, что наука действительно видит на таких маленьких масштабах. В том числе, как на примере лазера или кубита проявляет себя квантовая природа. Похоже, сейчас наука движется в сторону тех самых m-теории и теории узлов, и т.д. И всё, что хоть как-то их касается, - очень интересно.
вы очень хитро вопрос ставите "а как реально?". Вот вы машину описываете как едет - используете приближение материальной точки, ну если повезёт с учтёте её инерцию вращения. "реально" было бы написать уравнение движения для каждого её атома, но смысла-то нет? Более того, мы знаем, что механика Ньютона не точная - надо либо квантвоую, либо релятивистскую.
Но ведь по факту то, понимая упрощения, мы можем описывать это всё и классической механикой. И всё прекрасно работает.
Поэтому "реальность" и "истина" это очень жёсткие слова, сейчас все сходятся к тому, что надо описать качественно и количественно то, что мы наблюдаем. Ну и все, но если проговорить ограничения модели и точность примерно как я в примере с машиной написал.
Вообще, очень хорошая тема - я как раз хотел про это видео записать. Про философию науки, позитивизмы, прагматизмы итд.
А про поведение на маленьких масштабах это очень загадочно звучит, я такого насмотревшись на физфак и пошёл. На самом деле, всё очень прозаично и прекрасно описывается квантовой механикой с математикой, которую очень сложно без подготовки переварить. Я вам могу посоветовать книгу Иванов "как понимать квантовую механику", я её читал - очень по делу. Там многие вещи проговариваются, которые в учебниках чётко не написаны. Она гуглится очень легко в бесплатном доступе висит.
А вообще хорошая тема, спасибо! я подумаю, что такого интересного рассказать!
@@nauchnyi_kosarevбольшое спасибо за книгу 🤝
@@IamScazy , наука движется в пропасть. Назрела революция и она скоро грянет.
Добрый день и большое спасибо ,за познавательную информацию! Меня зовут Владимир и я прошу Вас также подробно объяснить механизм следующего процесса:-эл. ток это упорядоченное движение заряженных частиц (в нашем случае это электроны) в проводнике (медь, алюм, неважно).Восновном это свободные электроны а также электроны находящиеся на крайних арбитах (арбиталях) атомов проводника .И теперь вопрос: где формируется и механизм формирования хороктеристик материи (проводника)?
Добрый день Владимир! Очень хороший вопрос, но, к сожалению он очень большой для одного комментария.
Вы начало совершенно правильно написали, свободные электроны - электроны проводимости. А дальше начинается достаточно сложная физика, 3 курс физфака - физика твёрдого тела, физика металлов. Популярной литературы на эту тему я, к сожалению, не знаю.
Я посмотрел статью википедии "теория друде", там не очень - но короткая справка есть.
Если я придумаю, что рассказать без формул - попробую сделать видео на эту тему.
Уж извините, что не раскрыл эту тему тут - очень уж обширная.
Спасибо автору. Процветания каналу!!! Пишите комментарии, давайте раскрутим канал!
Расскажите пожалуйста как работает квантовый компьютер. Попадалось одно видео в интернете,но там я мало что понял. Спасибо и с Новым годом вас и ваших зрителей!
Вас тоже с новым годом!
Это хорошая идея, я подумаю что можно интересного про него рассказать.
Спасибо, великолепно 🤌 хочется обзоры на все Нобелевские премии по химии и физике
Спасибо!
Постараюсь найти что-то интересное, а то про нобелевскую 2000го вообще никто смотреть не стал :(
Скажите, а есть ли возможность выращивать такие точки из более чем двух видов полупроводника?
И будет ли у такого подхода практическое применение?
Вообще хоть из 10, главное, чтобы внутри квантовой точки запрещённая зона была меньше, чем в окружающем материале.
На самом деле мне такие не встречались, но причин почему бы такое не сделать я не вижу. Может быть оно существует в коллоидных квантовых точках типа ядро-оболочка (core shell).
А применимость часто зависит от сложности реализации ну и конкретной цели, поэтому если такое решит какую-то задачу, то почему бы и нет!
Спасибо, теперь понятен принцип.
Название заинтересовало. Посмотрела. Было интересно. Хоть я физику в школе изучала уже 50 лет назад но что то я даже поняла
Если что-то поняла, то уже очень хорошо!
Иногда надо пересмотреть несколько раз, тогда лучше уляжется!
Есть ли возможность управлять размером квантовой ямы? Чтоб получить универсальный излучатель?
Можно! Но всё равно вы ограничены шириной запрещённой зоны с одной стороны и максимальной толщиной наноструктуры с другой. Но действительно в достаточно широком диапазоне можно менять
Спасибо.
Пожалуйста!
Огромное спасибо! Подписался! Можно подробно о запутанности и соответсвенно премию по физике.
Тема сложная, я начал изучать!
Постараюсь в одном из следующих видео рассказать!
Подскажите пожалуйста, фотоны излучаются электронами только внешнего уровня атома или электронами всех уровней ?
Благодарю
Излучать может любой переход, оттого столько спектральных линий. Некоторые переходы сильнее некоторые слабее из-за оптических правил отбора. Но прямого запрета, на сколько я помню, нет.
а это можно использовать, например, для генератора истинно-случайных чисел в виде чипа ?
Можно ли использовать эти квантовые точки как квантовые биты в массиве? Если да, то получается для квантовых компьютеров более не нужны особые условия содержания, как например - безумное охлаждение и методы удержания в своих позициях ?
Для генератора случайных чисел достаточно фотона и полупрозрачного зеркала, такие чипы уже есть в телефонах на сколько я знаю.
Сейчас многие над ними работают именно рассматривая их как квантоые биты, думают как заставить их эффективно взаимодействовать.
Эпитаксиальные удерживать не надо, они прям на поверхности кристалла растут.
Да. сейчас квантовые компьютеры это миликельвины т.к. нужны большие времена затухания когерентности, а делают их на джозефсоновских переходах. Для квантовых точек должно хватить 4 кельвинов, что сильно дешевле.
Да, сделайте, пожалуйста, обзор на запутанные фотоны. Отличный контент, подача, грамотно и по полочкам. Мне это очень познавательно.
Спасибо! Уже читаю про них, чтобы ничего не упустить!
Herr Kosarev, когда новые выпуски Евротура?
Ну я вроде бы решил пока с тревел блогами завязать)
А тепловизор, тепловизор на этих квантовых точках можно сделать? Облучать инфракрасным а излучать видимым
Вообще можно из ИК ток получать, превращать в другие фотоны тяжело - очень неэффективно при малых интенсивностях.
Но вообще про такие применения не слышал, InGaAs до от 1-2 микрон длины волны работает хорошо, но его охлаждать надо правда 😕
можно ли остановить спин электрона? Если бы мы создли допустим наногенератор, который бы подцепили к электрону и снимали бы энергию вращения спина на этот неногнератор, то в итоге спин электрона бы остановился или спин бы бесконечно давал бы генератору энергию?
Так вряд-ли можно, примерно как и убрать заряд у электрона.
Да, давай больше информации про то как приделать микрооПтику к квантовой точке. И созданию лазеров с повышенным КПД
Спасибо!
Добавил в список!
Да, будет интересно, про то что ты анонсировал. Не запомнил тему.
Спасибо.
Интересно послушать про спутанные фотоны.
Меня они смущают только тем, что их объясняют либо так, что скучно, либо так, что я с трудом понимаю. Я поищу что по середине бывает)
@@nauchnyi_kosarev Спасибо. Для меня, как для интересующегося, наиболее значимым будет объективность информации, дело в том, что в этой области (квантовой запутанности) чрезмерное количество фейков и домыслов которые базируются только на мнении авторов, даже в публикациях в научных изданиях.
Ага, туда какую-то "мистику" приплетают частенько.
Сам хотел разобраться в деталях, надо почитать и сделать видео
а какие конкретно технологии можно улучшить/создать, если вкратце?
Лазеры, однофотонные источники света, ну вот в дисплеях чистые цвета, интегрированная фотоника со всеми вытекающими
Полезная лекция, спасибо.
Теперь я знаю, что длина волны помидора больше длины волны баклажана.
Хотя, нужно признать, довольно удивительно, поскольку оба растения принадлежат к семейству паслёновых.
Глупые вопросы:
Как изменяются (если изменяются) свойства квантовой точки при температуре, близкой к абсолютному нулю?
Имеют ли общую природу явления квантовой точки и побежалостей на поверхности металлов при температурном воздействии?
Очень нормальные вопросы!
Квантовые точки очень хорошо изучать при низких температурах, 77К в жидком азоте или 4К в жидком гелии.
Вблизи абсолютного нуля увеличивается шириан запрещённой зоны полупроводника, т.е. длина волны излучения становится меньше. Принципиальных изменений нет.
Но влияние колебаний решётки на квантовые процессы уменьшается, становится меньше так называемых фононов. Поэтому все именно квантовые эффекты любят изучать при низких температурах, при высоких их плохо видно.
Квантовая точка и цвета побежалости связаны ну.. наверное никак, цвета побежалости это интерференция на тонкой плёнкии. Если совсем фантазировать, можно сказать, что квантовые точки выращиваются эпитаксиально на тонкой плёнки)
Не знал, что баклажан принадлежит к семейству паслёновых, это было неожиданно! А вообще помидор пока зреет очень забавно двигается от зелёных длин волн (500 нм через жёлтые к красным 650 нм).
@nauchnyi_kosarev
Спасибо )
@@nauchnyi_kosarevЗдравствуйте! Как Вы думаете, наука когда нибудь будет заниматься изучением природы или так и останется бизнес проектом?
Я пишу о том,что наличие света - это лишь идея, а на самом деле монитор вовсе не светит, и Солнце тоже. Никакого изучения в природе нет. У неразумных, стадных приматов изменённое состояние сознания, и идея о наличии света как и вселенной вообще - это лишь работа изменённого сознания. Выражение "британские учёные" уже давно вызывает гомерический хохот. Никаких атомов, электронов, частиц, в природе нет. У терминов энергия, сила, движение нет определений.
Тот кто не имеет ответа на вопрос ЧТО ТАКОЕ ЧЕЛОВЕК не является разумным. Вопрос ЧТО ТАКОЕ ЧЕЛОВЕК является главным вопросом науки, и ни один академик разумным не является. Земля не стала колыбелью разума. Вы ничем принципиально не отличается от древних краманьонцев, и всему обучились у изменённого сознания. А так то - вселенная не существует и нас нет.
Сделай выпуск с объяснением, в чем разница между эфиром и физическим вакуумом.
Вот судя по количеству любителей эфира в комментариях надо уже так делать 😄
Спасибо за идею!
Ничего не понял но было интересно.
А из этих квантовых точек можно делать супер-пупер аккумуляторы?
Можно ли дома сделать что нибудь квантовое?
Аккумуляторы вряд-ли выйдут, это же излучатели света.
Из квантовых штук дома могу посоветовать курс по квантовым вычислениям на степике, такое точно выйдет :)
Сэр, я полностью согласен. На плоскую землю падает исключительно неквантовый свет.
Меня всегда очень забавят люди, которые через компьютеры, просто невозможные без квантовой механики, пишут, что квантовой механики не существует :)
Поясните пожалуйста, как так получается, что в этой квантовой точке только один свободный электрон?
Отличный вопрос!
Если без упрощения, то для излучения нужны электрон и дырка. При фотовозбуждении вы выбиваете электроны из валентной зоны и остаются дырки. При излучении обратный процесс. Один электрон, одна дырка.
Хотите две пары, так тоже можно. Будут излучаться запутанные фотоны, кстати. Но вот процесс менее вероятный, чтобы так было надо особенно постараться
• Квантовые точки - локализованные электроны в полупроводниковых материалах с дискретным набором уровней энергии. 
• Атомы имеют проблемы со взаимодействием со светом и сложностью работы с ними. 
• Квантовые точки решают эти проблемы, хорошо совместимы с полупроводниковыми технологиями и могут быть перестроены. 
• Квантовые точки могут быть эпитаксиально выращенными или коллоидными, и выбор материала определяет длину волны или цвет излучаемого света. 
• Квантовые точки являются наноразмерными полупроводниковыми кристаллами, которые могут излучать свет и могут быть сделаны из разных материалов. 
• Квантовые точки излучают свет лучше, чем атомы, из-за их большего размера и диполя. 
• Квантовые точки могут использоваться как люминесцентные красители для создания мониторов и телевизоров на основе квантовых точек, а также как активная среда для лазеров и в квантовых компьютерах
Хм, я что то пропустил или в видео не было сказано про применение данных точек? В теликах понятно. Не очень понятно почему в телефонах нет таких дисплеев?
Я как понял по аналогии придумали как проще производить некие типа "светодиоды" квантовых размеров?
Потом будут напылять на поверхность с электродами и эта поверхность может быть дисплеем?
Последняя часть про применения :)
Мониторы пока самые массовые применения. Есть ещё лазеры на их основе, это из того, что прям купить можно.
Технология там немного другая, это по сути флюоресцентная краска. Синие диоды работаю очень круто, они заставляют светиться квантовые точки. Но из-за особенностей процесса цвета получаются очень чистые, никакого выгарания и прочее.
Эпитаксиальные - просто модельная система для любителей полупроводников или экситонов, каких-нибудь. На её примере изучают всё что можно, практически полупроводниковая лабораторная мышь.
Спасибо за ответ. Подписался на вас.
Спасибо!
Благодарю. Очень хорошая подача. Хотелось бы без упоминания нечистой силы.
Какие странные комментарии!)) а какие онлайн курсы по квантовой физике и этой теме можете посоветовать?
Ага, много странных комментариев.
Онлайн курс, это сложно. Могу на степике посоветовать "Физика. Теоретический минимум". Он жёсткий должен быть,
Хорошая книга Иванов Как понимать квантовую механику. Доступна онлайн бесплатно
@@nauchnyi_kosarev спасибо
Прикольно
Спасибо!
Очень Интересно, что-то новое, реально не стандартное, типа подоконников
Если в квантовой точке размер определяет длинну волны так это значит что все 10 тысяч электронов от 10 тысяч атомов составляющих эту кВ точку «синхронизированы» и описываются одной волновой функцией? И эта точка соответственно поглощает и испускает ОДИН фотон?
Очень хороший вопрос!
Полупроводники устроены достаточно хитро, там атомы образуют зоны для электронов и дырок в которых они обитают, а между ними запрещённая зона. И вот всё это хитрое ввзаимодействие, как вы выразились "синхронизация" сводится к созданию этих зон.
И в них уже можно рассматривать электрон как обычную частицу, ну и дырку тоже.
Но факт того, что они в кристалле, а не просто где-то в пустом пространстве влияет на то, что у них в уравнениях типа F=ma приходится использовать не обычную массу электрона в вакууме, а эффективную массу. Она меньше обычной, хорошо измеряется, как и сам кристалл достаточно анизотропная.
А про один меня сегодня уже спрашивали, я с вашего позволения скопирую ответ.
"Для излучения нужны электрон и дырка. При фотовозбуждении вы выбиваете электроны из валентной зоны и остаются дырки. При излучении обратный процесс. Один электрон, одна дырка.
Хотите две пары, так тоже можно. Будут излучаться запутанные фотоны, кстати. Но вот процесс менее вероятный, чтобы так было надо особенно постараться"
А можно ли из квантовых точек создать экран, для безналичной фотолитографии в экспанирует в ЭКУФ или рентгене?
Вы имеете в виду безмасочную фотолитографию?
Я не уверен, что это подходит - там же нужны просто хорошие зеркала брегговские.
Квантовые точки это длинные волны, а вы практически про рентген говорите.
@@nauchnyi_kosarev то есть даже КУФ в квантовых точках не получить? Просто подумал, что можно было бы га основе этих квантовых точек сразу экспанировать чём-то вроде монохромного экрана с огромнейшим разрешением и плотностью пикселей. Чтобы сам пиксель был размером в нанометры.
Вообще звучит интересно, но тогда нужна какая-то накачка более коротковолновым светом.
Но квантовые точки излучают длины волн 500-1500 нанометров, а экстремальный ультрафиолет это 13 нм, т.е. запрещённая зона должна быть около 90 эВ. Это же уже не полупроводник, там больше 3 эВ изоляторы
Золотой ты человек
Насколько точно должны совпадать энергия фотона и энергия квантового перехода? Если слишком точно, можно не дождаться прихода нужного фотона.
Они одинаковы, дождетесь с любым ограничением во времени
Очень интересный вопрос!
Совпадение должно быть с точностью до ширины спектральной линии, а они определяются её временем жизни через соотношение неопределённости Гейзенберга. Это называется "однородное уширение" спектральной линии
всё понятно
Спасибо за рассказ! А то на слуху вертится, а почитать лениво🥴
Я так и знал, что "скрипачу" укравшему кристал представлений на Кин-дзя-дзя нобелевки не дадут
"Кин-дзя-дзя" не "-дзя-дзя", а дза-дза
Zurxайль камрад! Горячо жму твою нацuсткую руку! Слава Райху!
@@msbull100 ты с зеркалом общаешься?
@@user-yy8jd1vz5l огромная полусвастика на аватарке располагает к такому приветствию. Я вижу, что там ниже что-то про Zorro, но слишком уж это мелко написано.
@@user-yy8jd1vz5lтак ты же zголовый.
Я так понимаю, что можно и солнечную батарею сделать из квантовых точек. Насколько это технологически сложно?
И как вообще происходит подключение коллоидных квантовых точек к аноду и катоду?
Из коллоидных я не представляю как сделать, может быть на поверхность прозрачного катода положить? Не уверен, что сработает.
А вот из эпитаксиальных можно, они позволяют улавливать больше фотонов, но увеличивается цена производства. Концепты есть, но промышленно их не делают.
@@nauchnyi_kosarev спасибо большое! Было бы очень интересно послушать про концепты промышленного производства больших массивов квантовых точек
А может ли квантовая точка работать как приемник (фотодиод) ?
Да, но снимать получившийся заряд достаточно проблемно.
Но есть варианты расширения возможностей обычных солнечных панелей при помощи квантовых точек
Спасибо за видео! Пожалуйста, поставьте микрофон ближе, станет проще понять речь :)
Я понимаю, но не всегда это возможно. удлинитель шнура уже купил 😉
В целом у неорганических кристаллов допантами можно регулировать ширину запрещённой области, тем самым возможен красный/синий сдвиг по отношению к обычному кристаллу.
Легирование обычно меняет уровень Ферми, а чтобы другую запрещённую зону иметь нужно изменение состава.
Можно объяснить если фотон=квант ЭМП, то почему электромагниты не влияют на свет? Почему нейтральный фотон влияет на заряженный электрон? Почему протоны не излучают фотоны, хотя они положительно заряжены?
Спасибо за интересный вопрос
1. Одно магнитное поле не влияет на другое, они просто складываются. Это принцип суперпозиции. На магнитный диполь (магнит, у примеру) влияет, но не на магнитное поле.
2. фотон уносит/приносит энергию при переходе между состояниями электрона. Эту энергию может унести/принести и другая частица, в полупроводниках это может быть фонон, к примеру.
3. заряженная частица при ускорении излучает свет, это работает и для протонов и для электронов одинаково. Если рассматривать именно как квантовый излучатель то у протонов а ядре, на сколько я знаю, тоже есть переходы. Там другой порядок энергии, они излучают гамма кванты. Но принцип работает.
@@nauchnyi_kosarev Спасибо Вам за развернутый ответ. Надеюсь вы наберете интересные вопросы для видео - на ютубе не нашел объяснений =(( Все блогеры просто как факт дают или как вывод из формул.
К сожалению, между научпопом и академической наукой пропасть. Постараюсь её уменьшить!
Спасибо вам!
А что скачек электрона это не постепенное событие ? Смотря какая шкала измерения времени
Ну вот за сколько времени фотон пролетает атом? Масштабы времени примерно такие.
30*10^-10/3*10^8 м/c ну получается 10^-17 секунды примерно. Достаточно быстро.
А на сколько за это время определена энергия системы это вы уж сами прикидывайте через соотношение неопределённостей. Вряд-ли будет понятно в каком состоянии атом.
Можно в каком то кристалле размером 1м на 1м, состоящем из квантовых точек, менять цвет этих самых блин точек??
И как это сделать??
Цвет меняют в процессе роста. Каким выростили такими и будут.
@@nauchnyi_kosarev А если внутрь куда который состоит и квантовых точек стрельнуть лазером?? Разной длины волн??
Лекцию пожалуйста
скажи, фотон это ведь мера измерения энергии света? это ведь не частица?
Тут чтобы с ума не сойти надо помнить что мы считаем частицой.
Энергия у него определённая есть, импульс и так далее есть. Вполне себе частица. Мы же на электроны не ругаемся, что у них волновые свойства есть на маленьком масштабе.
А на сколько реальны "обратные" квантовые точки? Чтобы светить единичным фотоном, а получать электрон. Или такое вообще невозможно?
Отличный вопрос!
На самом деле поглощение и излучение это ровно один и тот же процесс, который просто идёт в разных направлениях. И это вопрос оптимизации полупроводникового прибора под конкретную задачу. К примеру, светодиоды и солнечные панели устроены достаточно похоже, но "заточены" под свою задачу.
Конкретно квантовые точки хорошо излучают, как фотоприемники никаких преимуществ не дают. Кроме как, действительно, для одиночного фотона. Для всяких задач квантовых вычислений или телекоммуникаций.
@@nauchnyi_kosarev я тоже руководствовался аналогией с солнечными панелями. Просто если есть жидкие квантовые точки-солнечные панели, то в теории ими можно покрывать любую поверхность(красить?) Упрощая установку.
Ну вроде бы да, а вроде бы нет.
Сам процесс поглощения\излучения совершенно симметричный на квантовом уровне. Но чтобы снимать с них напряжение нужно как-то сделать контакты, обеспечить разделение заряда.
Ну как пример лазерная указка, она в принципе способна создавать напряжение если в неё загнать свет. Там на входе почти непрозрачное зеркало, так что эффективность как "солнечной панели" уже не больше 1 процента. А излучает он с огромной эффективность. Вот и тут такая же проблема.
Но я бы это не называл проблемой, просто у них есть свои сферы применения. В общем, я не думаю, что можно ими просто красить.
Очень круто! Как предложение, было бы комфортно вначале в двух словах сказать зачем это всё надо (прикладное применение), до погружения в предмет.
Насколько позже понял из вашего рассказа, прикладное применение квантовых точек - это 2-3х повышение эффективности в оптоэлектронике и дисплеях, фотовольтаике (солнечных панелях), квантовых вычислениях (потенциальные кубиты).
То есть успешные результаты ваших исследований могут дать миллиарды USD экономического эффекта в полупроводниковой промышленности. А вас миллионером при патентовании и лийензировании.
А на какой стадии сейчас Ваши исследования квантовых точек?
Формат Ютуба, к сожалению, не лекция. Лекции профессионалов больше тысячи просмотров не набирают т.к. смотреть тяжело
Квантовые точки сейчас в 2х областях реально используют, это лазеры в ближнем ИК диапазоне и дисплеи. В принципе да, большие деньги.
А про свои исследования я а отдельном видео рассказывал 😉
Вы про пирамидальную структуру квантовой точки сказали, а вот верхушка у этой пирамидки точно есть? Говорят там может быть усеченная пирамида...😉
Это отличный вопрос!
У тех, что на поверхности скорее есть. А методами просвечивающей микроскопии самую верхушку проверить тяжело.
Но так как объём у самой верхушки достаточно маленький, то он мало что меняет :)
Расскажи такое. Я не читал комментарии, возможно, тут физики или ученые. Меня как обычного человека интересуют такие вопросы:
правда ли то, что, открытые на данный момент самые неделимые элементарные частицы, кванты или как их там еще, обладают своими характеристиками, но неизвестной величиной в размерах, и вообще, что свойство размера к ним применимо?
далее, если, допустим, они не поддаются свойству размера, то, может ли быть, что они проявляют только свои специфические свойства, и вообще не имеют размера?
далее, возможно ли то, что если размером они не обдадают, то все остальные свойста это просто обмен информацией, даже при том, что эти обмены находятся в принципально разной природе?
далее, восзможно ли то, что все, что нас окружает является только обменом информацией, пусть, даже это проявляется на уровне физических свойств и качеств? ну, типа, это похожая, и, существующая в природе модель, похожая на компьютерную модель, обладающая точными физическими и химическими свойствами и последствиями? но это все равно информация, а ее реализация это уже природное "волшебство"?
про размер - это очень хороший вопрос, который не очень очевиден с первого взгляда. объясню на примере - есть лазерный луч. у него какой диаметр? как мы вообще определяем диаметр такого объекта без чёткой границы? это такой кружочек где 99% света внутри? или 95 (как и делают) или это средний размер? там разница будет огромная в разы. в общем, размер применим с учётом того что мы под ним понимаем.
про остальное скажу так, что бы это ни было, существующие математические модели это всё вполне себе хорошо описывают
Даешь вечный двигатель как на канале Либерти энерджи?
Я стараюсь без вечных двигателей)
Можно менять уровень за счет расщепления орбиталей в молекулах
В общем да, эффект Зеемана и Штарка никто не отменял. Но и далеко с ними не уедешь, диапазона квантовых точек не покрыть.
Интересное частота и энергия, чем больше и больше. Начну делить постоянный ток по квантам.
Можно и так, но тут вопрос что хочется получить.
Для квантового эффекта Холла именно так постоянный ток и делят на кванты и смотрят движение конкретных электронов
На одной орбите можно разместить 4 эл. Да, там колебательные системы"с точки зрения геометрии, "но там нет понятия времени и квантов. А, премию дают потому ,что так надо запутать). Наверное нельзя описать дискретно , если это не искать. Везде ввели правила, что нельзя, что можно. Но сточки зрения математики в которой можно все, что нам нужно.) но пару простых опытов и все рухнет.
Когда я закрываю глаза то вижу маленькие точки в темноте они светлые их очень много что я полностью не могу увидеть а по чистичку , я заметил это в 6 лет прошло много годов.Что это не знаю 😂 наверное...
Необычная ситуация, продолжайте наблюдать :)
Мне особенно понравился квантовый переход шапки на голову 👍
Я осциллировал между состояниями 😄
Посчитайте пж , сколько раз сказал про квантовую точку, именно это фразу
Именно эту это какую?
У поднятого помидора становится больше энергии? Относительно чего? Относительно его самого нисколечки ведь.
У вас машина относительно неё самой всегда стоит на месте. Поэтому измеряют относительно земли. С помидором предлагаю делать так же 😉
@@nauchnyi_kosarev А относительно чего меняется энергия электрона в квантовой точке? И относительно чего он в этой КТ релаксирует?
По моему, аналогия с атомом для КТ не годится. Зависимость цвета от размеров намекает на свободный пробег электрона в пределах коробочки КТ, за время которого он набирает определенную энергию.
Вообще у энергии есть хитрость, что положение нуля не имеет значение. Важна только разница так как мы наблюдаем только разницу.
В данном случае разница - это расстояние между уровнями электрона между которыми он переходит.
Зависимость цвета от размера это квантово-механический эффект, который называется размерное квантование.
Со свободным пробегом хорошее предположение, вы явно намекаете на теорию Друде. Только электрон в квантовой точке не свободный, а локализованный.
Видео интересное!
Поддерживаю, ставлю лайк 👍
Спасибо!
Если квантовые точки это искусственные атомы, можно ли из них составлять искусственные молекулы, проводить между ними реакции и тд?
Спасибо за отличный вопрос!
Вообще да, моллекулы действительно делают. Только в них идея немного не такая как в обычных. Всё ограничивается тем, что в двух соседних квантовых точках электроны начинают чувствовать друг друга, что уже круто.
Ни про какие химические связи между такими искуственными атомами речи не идёт. Сравнение сугубо про оптические свойства.
Спасибо!
А куда апельсин дел на ~10 минуте, м?🤣
Он перешёл в съеденное состояние! Скачком
Интересно, а кто-нибудь разработал квантовую теорию квантовых точек?..🥴 помимо полуэмпирических схем
Не поверите, но да) Примерно тогда же, когда Ефимов увидел эффект размерного квантования в нанокристаллах. www.researchgate.net/profile/Alexander-Efros/publication/279890805_Interband_Light_Absorption_in_Semiconductor_Spheres/links/5a143eed0f7e9b12ab10f9a5/Interband-Light-Absorption-in-Semiconductor-Spheres.pdf
я так понял что раньше светодиоды были только фиксированного цвета а сейчас абсолютно любого. а цвет зависит просто от размера точки. так можно и в ультрацвета выходить и в инфра цвета
круть!
Светодиоды пока что не на квантовых точках, а на гетеропереходах или квантовых ямах.
А меняя размер квантовых точек можно уйти в инфракрасный в системе InGaAs, для ультрафиолетового нужна другая система типа InGaN и тоже должно выйти
05:00 Понравились вот эти примеры. Помню когда-то давно изучал:
[+] Про картинку справа (со спектрами излучения и поглощения). Обычно когда говорят про спектральный анализ, показывают эту картинку и рассказывают один единственный пример водорода, как будто другие химический элементы дают совсем разные результаты да так, что не объяснишь. Результаты переходов в нанометрах никак не объясняли, это было похоже на случайный набор измеренных цифр, связанных только с водородом.
Помню мне про закономерности в линиях вообще не говорили (Линии Лаймана, Серия Бальмера, Серия Пашена).
[+] Про картинку слева (линейчатые спектры) вообще пропускают при объяснении, максимум говорили про переходы. Картину в целом на подобии что-то сложнее водорода объяснить никто не мог.
Книги молчаливые создания. Задавать вопросы тогда было не у кого. Даже те кто это преподавал были без понятия о чём они рассказывают. Как будто заучили что-то наизусть и не подумав пытаются пересказать. В общем на вопросы не отвечали никак.
Не то что сейчас в эру информационных технологий. Тут хотя бы есть кого послушать и на что посмотреть.
Я согласен, что объяснять нужно так, чтобы даже дурак всё понял. Не все люди участвуют в развитии физики, а понимать всё это хотя-бы на базовом уровне нужно.
Так или иначе информация собирается по крупицам и всё правильно никогда не объяснить в одном видео, так что это нормально, что не всем нравится.
1 - вообще не то, что структура атомов - структура и спектры моллекулы вполне понятны. На столько понятны, что университетские курсы есть, есть квантовая химия, к примеру. Друг у меня ей занимался вполне в медицинском разрезе, прикладном.
А энергия перехода в нанометрах зависят от энергии перехода, через постоянную планка и скорость света. Если хотите быстро посчитать, то E(эВ) = 1239/ длина воны (нм). 1200 нанометров это примерно 1 эВ.
2 - спектры многих атомов понятны причём с точностью до каких-то мелких расщеплений в магнитном поле или в результате сверхтонкого расщепления. Мой одногруппник, к примеру, расчитывал спектры ионов редкоземельных металлов. Вполне себе сложная штука и ничего, считается.
Я как - то делал доклад перед аудиторией состоящий из 5 специалистов по квантовым точкам и студентами, было очень непонятно как сделать так, чтобы и одни не уснули и другие не отключились от информации. В общем, да, всем не угодишь
Кайло Рен рассказывает про квантовые точки 🤘👍
P.S. полуволны у струны называют ещё обертоны (на гитаре играю немного)
Буду не хуже деда)
Я не хотел использовать музыкальный термин, чтобы не путать людей - но это прям они!
@@nauchnyi_kosarev извини туплю - что ты имел ввиду "Буду не хуже деда)" ?)) Я про Кайло Рена имел ввиду что ты похож на Адама Драйвера из Звёздных Войн. А ты под дедом имел ввиду Дарта Сидиуса? Чёто я запутался , не выспался и туплю
Я про Дарта Вейдера) я же не напутал?
Он там как-то сделал большую модель коллоидной квантовой точки, которая излучает свет...😄
@@nauchnyi_kosarev А понял теперь Кайло Рен же внук Вейдера точно )) Звезда Смерти.
Недавно Дисней сделали лазерный меч который выдвигается (просто шланг резиновый со светодиодами) - так фаны в восторге , поверили, а если его сильной махнуть, то он сломается, сложится, не говоря уже о бое.
Наверно это вообще нереально. Нужно и чтобы резал меч материю, и чтобы поток света или плазмы останавливался на определённой длине. И при этом ещё и драться на них.... Ещё и куча энергии из маленькой рукоятки. А так было бы круто конечно
Я видел лет 10 назад как всякие учёные придумывают как это сделать. Митио Каку S01E08. Ну они дальше идей не пошли
Если звук правильный я тоже в восторге
Не очень понятно про открытие Алексея Екимова: то что длинна излучаемой волны зависит от длинны пробега электрона учат ещё на первом курсе университета. Так как квантовая точка окружена потенциальным барьером то понятно, что пробег электрона будет равен размеру квантовой точки. Ну и от сюда очевидным образом вытекает расчёт излучаемой длинны волны. Поэтому кажется, что для получения Нобелевской премии он открыл какой-то более хитрый эффект.
В нанокристаллах такое ещё не наблюдалось на тот момент, 80е годы были. Это дало начало исследованию в этом направлении, что тоже важно. Прям вау эффекта сейчас не производит, но в мире полупроводниковых физиков квантовая точка это очень базовый объект как лабораторная мышь и вот это было начало.
Если интересно ещё больше деталей могу посоветовать лекцию Анны Валерьевны.
ruclips.net/video/hEOyr37ZuzU/видео.html
8:30 - десятки гигагерц?)
Я что-то пропустил???)
Или речь о процессорах суперкомпьютеров которые под креогенными температурами постоянно работают? Я о таком не слышал.
Да, оговорился, правильно было бы сказать "порядка десятка гигагерц".
Кстати, память gddr7 работает уже на 36 ГГц, так что все таки современную технику это описывает :)
Ничего не понимаю 😢. Там орбиты атомов были указанны в сотнях нанометров, а фото квантовой точки, размером всего в пять нанометров. Меньше атома же не может быть?
Отличный вопрос!
Орбиты атомов я вроде бы сотней нанометров не называл, извинюсь если оговорился.
Я там немного нестандартные единицы сказал - размером с сотню атомов, что сбивает с толку :)
Атом - меньше нанометра, пишут 30-50 пикометров. Квантовая точка 5-50 нанометров, она состоит из атомов, причем из достаточно большого их количества.
Что понимать под размером атома? На твёрдые недеформируемые сферы атомы похожи довольно мало, а волновая функция электрона стационарного состояния падает до ровного нуля только на самой бесконечности...