Внимательно посмотрите на экран своего устройства, и вы, возможно, сможете увидеть отдельные элементы изображения, пиксели, из которых состоит изображение. Пиксели могут отображаться практически любого цвета, но на самом деле они не являются самым маленьким элементом на вашем экране, поскольку обычно состоят из субпикселей красного, зеленого и синего цветов. Переменная интенсивность этих субпикселей придает отдельным пикселям вид одного цвета из палитры миллиардов. Технология, лежащая в основе субпикселей, эволюционировала со времен раннего цветного телевидения, и в настоящее время существует ряд возможных вариантов. Но следующим большим скачком, вероятно, станут так называемые светодиоды с квантовыми точками, или QD-светодиоды.

Дисплеи на основе QD-светодиодов уже существуют, но технология все еще развивается, и текущие варианты имеют некоторые недостатки, особенно в отношении синих субпикселей внутри них. Из трех основных цветов синий субпиксель является наиболее важным. Благодаря процессу, называемому понижающим преобразованием, синий свет используется для генерации зеленого и красного света. Из-за этого синие квантовые точки требуют более строго контролируемых физических параметров. Это часто означает, что синие квантовые точки очень сложны и дороги в производстве, а их качество является критическим фактором в любом дисплее. Но теперь у команды исследователей во главе с профессором Эйичи Накамурой из химического факультета Токийского университета есть решение.

"Предыдущие стратегии проектирования синих квантовых точек были очень простыми: брались относительно крупные химические вещества и подвергались ряду процессов, чтобы превратить их во что-то работающее", - сказал Накамура. "Наша стратегия - снизу вверх. Мы опирались на знания нашей команды в области самоорганизующейся химии, чтобы точно контролировать молекулы до тех пор, пока они не сформируют нужные нам структуры. Думайте об этом так, как будто вы строите дом из кирпичей, а не высекаете его из камня. Гораздо проще быть точным, проектировать так, как вы хотите, а также более эффективным и экономичным".

Но особенным является не только то, как команда Накамуры создала свою голубую квантовую точку; при воздействии ультрафиолетового излучения она излучает почти идеальный синий свет в соответствии с международным стандартом измерения точности цветопередачи, известным как BT.2020. Это связано с уникальным химическим составом их dot, гибридной смесью органических и неорганических соединений, включая перовскит свинца, яблочную кислоту и олеиламин. И только благодаря самоорганизации они могут быть приведены в требуемую форму, которая представляет собой куб из 64 атомов свинца, по четыре с каждой стороны.

"Удивительно, но одной из наших самых больших проблем было обнаружить, что яблочная кислота была ключевым элементом нашей химической головоломки. Потребовалось больше года, чтобы методично пробовать разные вещи, чтобы найти его", - сказал Накамура. "Возможно, менее удивительно то, что другой нашей главной задачей было определить структуру нашей голубой квантовой точки. При длине волны 2,4 нанометра, что в 190 раз меньше длины волны синего света, который мы стремились создать с его помощью, структуру квантовой точки невозможно отобразить обычными средствами. Итак, мы обратились к инструменту визуализации, разработанному некоторыми из нашей команды, известному как SMART-EM, или "кинематографическая химия", как нам нравится это называть".

Кинематографическая химия - это эволюция визуализации с помощью электронного микроскопа, которая больше похожа на съемку видео, чем на фотосъемку неподвижного изображения. Для получения подробной информации о структуре синей квантовой точки это важно, поскольку нанокристалл на самом деле довольно динамичен, поэтому любое его изображение расскажет лишь небольшую часть его истории. К сожалению, голубая квантовая точка также довольно недолговечна, хотя это и ожидалось, и сейчас команда стремится улучшить ее стабильность с помощью промышленного сотрудничества.