量子点波函数和可视化

简介

量子点或量子点是人造的半导电原子簇，通常在2-50纳米范围内，也被称为荧光半导体纳米晶体。在这些尺寸下，量子点的材料表现不同于体积状态。这是由于量子限制，这意味着电子的能量状态失去了连续性而变得离散。当电子从一种状态移动到另一种状态时，这会影响光的吸收和发射。材料在这种3D限制状态下获得的新光学特性使它们适用于各种成像应用。

量子点的能量态与波函数

在块状半导体中，电子在连续的价带中占据多个能级。当施加外部刺激(例如光子吸收)时，电子将移动到传导带的更高能级，这看起来也是连续的。因此，在弛豫发生后，半导体将发射宽而连续的波长范围的光子(光)。点的量子限制使得这些能级是离散的，因此它只会发出波长与这些离散态之间的能量差相对应的光。三维受限电子在空间和时间中的运动可以用量子力学定义的波函数ψ来描述。这些波动函数描述了电子处于特定能量状态时的行为。

这个函数|ψ|2的绝对值平方给出了电子位置的概率密度P:

P=∫|ψ(x,y,z)| 2dv

其中x, y, z是空间维度，V是点的体积。这个函数的非凡之处在于，它可以通过调整量子点的大小或体积来改变。因此，量子d内部电子能级的调整可以导致量子d发射光子波长的调整。

不同尺寸的量子点溶液，发射一系列颜色波长

量子点可视化与光学成像

如上所述，量子点发射特定波长的光子或光，这只取决于它的大小。随着尺寸的增加，波长会向更长的方向转变，这意味着光会到达可见光谱的红端。另一个事实是，在外部刺激停止后很长一段时间内，这个点仍可能保持荧光(继续发光)。这些光学特性使量子点适用于许多应用，包括生物标记，其中它们可以取代有机染料。

量子点的可视化可以通过传统的荧光技术或AFM成像实现，有时使用两种方法的组合来提供更清晰的结果。量子点可视化也可以通过光学和电子显微镜来实现。另一种提出的方法是将银沉积在量子点表面，以放大量子点的大小，使其可见，便于检测。该方法是检测非荧光量子点的理想方法。

总结

量子点表现出如此卓越和可调谐的光学特性，这使得它们成为生物成像应用的优秀候选人。它们的电学性质也备受关注，研究人员已经在利用它们了。我们还没有看到更多的应用，量子点在这个方向上非常有前途。

来源:

”在细胞表面成像量子点，K. Poole, JPK应用报告

”利用银染色在生物样品中可视化量子点，L.Y.T.Chou、H.C.Fischer S.D.Perrault W.C.W.陈,2009

量子力学概论，D.L.格里菲斯，2004年