Các chấm lượng tử là các tinh thể có kích thước nano có khả năng phát ra ánh sáng có màu sắc khác nhau. Các thiết bị hiển thị dựa trên chấm lượng tử hứa hẹn hiệu quả sử dụng năng lượng, độ sáng và độ tinh khiết của màu sắc cao hơn so với các thế hệ màn hình trước đây.
Trong số ba màu thường được yêu cầu để hiển thị hình ảnh đầy đủ màu sắc – đỏ, lục và lam – màu cuối cùng tỏ ra khó sản xuất. Một phương pháp mới dựa trên các cấu trúc hóa học tự tổ chức đưa ra một giải pháp và một kỹ thuật hình ảnh tiên tiến để trực quan hóa các chấm lượng tử màu xanh mới lạ này tỏ ra cần thiết cho quá trình tạo và phân tích chúng.
>> Tham khảo: Các nhà khoa học thúc đẩy các tiêu chuẩn FAIR để quản lý các mô hình trí tuệ nhân tạo.
Nhìn kỹ vào màn hình thiết bị của bạn và bạn có thể thấy các thành phần hình ảnh riêng lẻ, pixel, tạo nên hình ảnh. Các pixel có thể xuất hiện ở hầu hết mọi màu, nhưng chúng thực sự không phải là thành phần nhỏ nhất trên màn hình của bạn vì chúng thường được tạo thành từ các pixel phụ có màu đỏ, lục và lam.
Cường độ thay đổi của các pixel con này mang lại cho các pixel riêng lẻ vẻ ngoài của một màu duy nhất từ bảng màu hàng tỷ. Công nghệ cơ bản đằng sau các pixel con đã phát triển từ những ngày đầu của truyền hình màu và hiện có một số tùy chọn khả thi. Nhưng bước nhảy vọt tiếp theo có thể là cái gọi là đi-ốt phát quang chấm lượng tử, hay QD-LED.
Các màn hình dựa trên QD-LED đã tồn tại nhưng công nghệ này vẫn đang hoàn thiện và các tùy chọn hiện tại có một số nhược điểm, đặc biệt liên quan đến các pixel con màu xanh bên trong chúng. Trong ba màu cơ bản, các pixel phụ màu xanh lam là quan trọng nhất.
>> Tham khảo: Pha lượng tử mới được phát hiện để phát triển vật liệu lai.
Thông qua một quá trình được gọi là chuyển đổi xuống, ánh sáng xanh lam được sử dụng để tạo ra ánh sáng xanh lục và đỏ. Do đó, các chấm lượng tử xanh yêu cầu các thông số vật lý được kiểm soát chặt chẽ hơn.
Điều này thường có nghĩa là các chấm lượng tử màu xanh rất phức tạp và tốn kém để sản xuất, đồng thời chất lượng của chúng là một yếu tố quan trọng trong bất kỳ màn hình nào.
Nhưng giờ đây, một nhóm các nhà nghiên cứu do Giáo sư Eiichi Nakamura từ Khoa Hóa học của Đại học Tokyo đứng đầu đã có một giải pháp.
Nakamura cho biết: “Các chiến lược thiết kế trước đây cho các chấm lượng tử xanh là rất từ trên xuống dưới, sử dụng các chất hóa học tương đối lớn và đưa chúng qua một loạt quy trình để tinh chỉnh chúng thành một thứ hoạt động được”. “Chiến lược của chúng tôi là từ dưới lên.
>> Tham khảo: Công nghệ mới tạo ra hóa chất trung tính carbon từ không khí.
Chúng tôi đã xây dựng dựa trên kiến thức của nhóm mình về hóa học tự tổ chức để kiểm soát chính xác các phân tử cho đến khi chúng tạo thành cấu trúc mà chúng tôi muốn. Hãy nghĩ về nó giống như xây một ngôi nhà bằng gạch thay vì chạm khắc một ngôi nhà từ đá. Nó dễ dàng hơn nhiều để chính xác, thiết kế theo cách bạn muốn, hiệu quả hơn và cũng tiết kiệm chi phí.”
Nhưng không chỉ cách nhóm của Nakamura tạo ra chấm lượng tử màu xanh mới là đặc biệt; khi tiếp xúc với tia cực tím, nó tạo ra ánh sáng xanh gần như hoàn hảo, theo tiêu chuẩn quốc tế để đo độ chính xác của màu sắc, được gọi là BT.2020.
Điều này là do cấu tạo hóa học độc đáo của chấm của chúng, một hỗn hợp hỗn hợp của các hợp chất hữu cơ và vô cơ bao gồm chì perovskite, axit malic và oleylamine.
Và chỉ thông qua tự tổ chức, những thứ này mới có thể được đưa vào dạng cần thiết, đó là một khối lập phương gồm 64 nguyên tử chì, bốn cạnh.
“Đáng ngạc nhiên là một trong những thách thức lớn nhất của chúng tôi là tìm ra axit malic là mảnh ghép quan trọng trong câu đố hóa học của chúng tôi.
Phải mất hơn một năm để thử một cách có phương pháp những thứ khác nhau để tìm ra nó,” Nakamura nói. “Có lẽ ít ngạc nhiên hơn là thách thức chính khác của chúng tôi là xác định cấu trúc của chấm lượng tử màu xanh.
>> Tham khảo: Các nhà khoa học chế tạo vi khuẩn để đối phó trong môi trường đầy thách thức.
Ở kích thước 2,4 nanomet, nhỏ hơn 190 lần so với bước sóng của ánh sáng xanh mà chúng tôi tìm cách tạo ra với nó, cấu trúc của một chấm lượng tử không thể được tạo ảnh bằng các phương tiện thông thường.
Vì vậy, chúng tôi đã chuyển sang sử dụng một công cụ tạo ảnh do một số người trong nhóm của chúng tôi tiên phong có tên là SMART-EM, hay ‘hóa học điện ảnh’ như chúng tôi muốn gọi.”
Hóa học điện ảnh là một sự phát triển của hình ảnh kính hiển vi điện tử giống như quay video hơn là chụp ảnh tĩnh. Để ghi lại chi tiết về cấu trúc của chấm lượng tử xanh lam, đây là điều cần thiết, vì tinh thể nano thực sự khá năng động, do đó, bất kỳ hình ảnh đơn lẻ nào về nó sẽ chỉ kể một phần nhỏ câu chuyện của nó.
Thật không may, chấm lượng tử màu xanh lam cũng tồn tại khá ngắn, mặc dù điều này đã được mong đợi và nhóm hiện đang hướng tới mục tiêu cải thiện tính ổn định của nó với sự hỗ trợ của sự hợp tác công nghiệp.
