क्वांटम डॉट्स की खोज और विकास के लिए 2023 का रसायन विज्ञान का नोबेल पुरस्कार प्रदान किया गया। नोबेल समिति ने कहा, "क्वांटम डॉट्स मानव जाति के लिए अत्यंत लाभकारी हैं, और उनकी क्षमता का हमारा अन्वेषण अभी शुरू ही हुआ है।ध्द्ध्ह्ह यह पुरस्कार न केवल क्वांटम डॉट अनुसंधान की सर्वोच्च मान्यता का प्रतिनिधित्व करता है, बल्कि डिस्प्ले लाइटिंग, ऊर्जा उत्प्रेरण, जैवचिकित्सा और क्वांटम प्रौद्योगिकी जैसे क्षेत्रों में इसकी अपार संभावनाओं को भी उजागर करता है। यह विशेष रिपोर्ट सिलिकॉन क्वांटम डॉट्स, विशेष रूप से विलायक-विक्षेपित प्रणालियों पर केंद्रित है, जो संश्लेषण विधियों, संरचनात्मक गुणों और प्रकाशीय गुणों में अनुसंधान प्रगति का व्यवस्थित रूप से परिचय देती है, साथ ही विलयन-प्रसंस्कृत प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) में इसके अनुप्रयोग का भी।
क्वांटम डॉट्स अर्धचालक नैनोक्रिस्टल होते हैं जिनका आयाम केवल कुछ नैनोमीटर होता है। कोलाइडल क्वांटम डॉट्स के कई अनूठे लाभ हैं: आकार-अनुकूलित पूर्ण-रंग उत्सर्जन गैर-निर्वात प्रक्रियाओं के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है; उनकी प्रकाश-प्रकाशिक क्वांटम उपज 100% तक पहुँच सकती है; उनकी उत्सर्जन बैंडविड्थ 20-40 नैनोमीटर की संकीर्ण होती है, जिसका रंग सरगम कार्बनिक प्रकाश-उत्सर्जक डायोड से तीन से चार गुना अधिक होता है; और इन्हें निम्न-तापमान विलयन विधियों का उपयोग करके कमरे के तापमान पर तैयार किया जा सकता है। इन विशेषताओं के कारण, संकीर्ण-बैंडगैप इंजीनियरिंग नियंत्रण वाली कोर-शेल संरचनाएँ साकार हुई हैं, और क्वांटम डॉट टेलीविज़न जैसे व्यावसायिक उत्पादों का सफलतापूर्वक विकास किया गया है। भविष्य में, क्वांटम डॉट्स से लघु एलईडी, माइक्रोन-आकार की एलईडी और क्वांटम डॉट एलईडी प्रौद्योगिकियों के विकास में एक केंद्रीय भूमिका निभाने और मानव-केंद्रित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स, जैसे कि स्ट्रेचेबल पहनने योग्य उपकरणों, के लिए अगली पीढ़ी की प्रौद्योगिकियों के विकास को गति देने की उम्मीद है। इस तकनीकी लहर से प्रेरित होकर, वैश्विक क्वांटम डॉट बाजार का 9.47% की सीएजीआर से विस्तार जारी रहने का अनुमान है।
हालाँकि, क्वांटम डॉट तकनीक के व्यापक अनुप्रयोग के सामने अभी भी तीन बड़ी चुनौतियाँ हैं: पहली, कच्चे माल की उपलब्धता कठिन है और इससे सुरक्षा संबंधी जोखिम हो सकते हैं। वर्तमान में, व्यावसायिक रूप से उपलब्ध क्वांटम डॉट्स ज़्यादातर भारी धातु पदार्थों पर आधारित हैं, जैसे दुर्लभ धातु इंडियम और विषाक्त धातुएँ कैडमियम और सीसा। इसके विपरीत, कोलाइडल सिलिकॉन क्वांटम डॉट्स और उनके नैनोमटेरियल स्वाभाविक रूप से भारी धातुओं और हैलोजन से मुक्त होते हैं, जो टिकाऊ अगली पीढ़ी के डिस्प्ले, सॉलिड-स्टेट लाइटिंग, बायोमेडिकल इमेजिंग और यहाँ तक कि अत्याधुनिक क्वांटम फ़ील्ड्स के लिए एक आदर्श विकल्प प्रदान करते हैं। दूसरी, क्वांटम डॉट्स की दक्षता संबंधी अड़चन को तत्काल दूर करने की आवश्यकता है। हालाँकि कैडमियम-आधारित और पेरोव्स्काइट क्वांटम डॉट्स ने लगभग 100% क्वांटम यील्ड प्राप्त कर ली है, लेकिन भारी धातु-मुक्त प्रणालियाँ सतही दोषों और अपूर्ण निष्क्रियता के कारण लंबे समय से पिछड़ रही हैं। उत्साहजनक रूप से, हाल के शोध ने सिलिकॉन क्वांटम डॉट्स की क्वांटम यील्ड को 70% से अधिक तक बढ़ा दिया है। तीसरी, मौजूदा संश्लेषण विधियों को तत्काल सरल बनाने की आवश्यकता है। व्यापक रूप से प्रयुक्त हॉट-इंजेक्शन विधि में न्यूक्लिएशन को सक्रिय करने के लिए प्रीकर्सर को उच्च-तापमान विलायक में तेज़ी से इंजेक्ट करना आवश्यक होता है, जिससे तापमान नियंत्रण, निष्क्रिय वातावरण और विशेष उपकरणों पर कड़ी माँग होती है, जिसके परिणामस्वरूप बड़े पैमाने पर उत्पादन की लागत बहुत अधिक हो जाती है। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि वर्तमान में ऐसा कोई उपयुक्त प्रीकर्सर या विलायक नहीं है जो हॉट-इंजेक्शन विधि का उपयोग करके उच्च क्रिस्टलीयता और उत्कृष्ट प्रकाशीय गुणों वाले सिलिकॉन क्वांटम डॉट्स का संश्लेषण कर सके।
पिछले दो दशकों में, अनुसंधान दल ने सिलिकॉन क्वांटम डॉट अनुसंधान में कई मील के पत्थर व्यवस्थित रूप से आगे बढ़ाए हैं: त्रि-रंग उत्सर्जन और निरंतर सफेद प्रकाश उत्सर्जन प्राप्त करना; पहला आसमानी नीला उत्सर्जक सिलिकॉन क्वांटम डॉट डायोड विकसित करना; कम लागत वाला संश्लेषण मार्ग विकसित करना जो उत्पादन लागत को सैकड़ों से हजारों गुना कम कर देता है; चावल की भूसी का उपयोग करके टिकाऊ सिलिकॉन क्वांटम डॉट डायोड तैयार करना; लगभग 80% क्वांटम उपज और अच्छी तरह से परिभाषित क्रिस्टलीयता के साथ सिलिकॉन क्वांटम डॉट्स प्राप्त करना; टिकाऊ लाल, हरे और नीले त्रि-रंग पतली फिल्मों का निर्माण करना; 10% से अधिक बाहरी क्वांटम दक्षता के साथ प्रकाश उत्सर्जक डायोड उपकरण प्राप्त करना; और चार प्रदर्शन रिकॉर्ड स्थापित करना।
जापान के हिरोशिमा विश्वविद्यालय के केन-इची सैटो एट अल ने एक विशेष रिपोर्ट में 80% तक की क्वांटम उपज वाले अत्यधिक क्रिस्टलीय सिलिकॉन क्वांटम डॉट्स के संश्लेषण विधियों, संरचनात्मक विशेषताओं और फोटोफिजिकल गुणों का सारांश दिया। सिलिकॉन क्वांटम डॉट्स के लाभों को रेखांकित करने के बाद, फोकस कोलाइडल सिलिकॉन क्वांटम डॉट्स के सिंथेटिक मार्ग, विशेष रूप से हाइड्रोजन सिल्सेक्विओक्सेन पॉलिमर विधि पर स्थानांतरित हो जाता है। यह विधि एक गर्म इंजेक्शन चरण की आवश्यकता को समाप्त करती है और इसे हल्के कमरे के तापमान की स्थिति में किया जा सकता है, जिससे तीव्र अग्रदूत इंजेक्शन और कठोर संचालन प्रक्रियाओं की आवश्यकताओं से बचा जा सकता है। यह प्रयोगात्मक प्रक्रिया को सरल बनाता है और बड़े पैमाने पर उत्पादन की सुविधा देता है।