1. Wprowadzenie fizyczne (dualizm korpuskularno-falowy, zasada
nieoznaczoności Heisenberga, równanie Schroedingera, studnia
potencjału)
- Dualizm korpuskularno-falowy
-Fale przenoszące energię mogą wykonywać aspekty korpuskularne, a cząsteczki mogą mieć aspekty falowe
- Fale de Brogille’a fala związana z poruszającymi cząstakami poruszającym się o długości λ= ћ/(mV), ћ=6,6*10-3 [J*s]
- skoro f. elektromagnetyczną można traktować jak cząstki, to można się spodziewać że fale w pewnych warunkach zachowują się jak cząstki
- Zasada nieoznaczonosci Heisenberga
Mechaika kwantowa
- kwant energii
- zasada nieoznaczoności Heisenberga – nie jesteśmy w stanie, mając b. dokładne urządzenia zlokalizować jednocześnie położenia i pędu cząstki;
- aby dokładnie zlokalizować – obserwator musi spowodować by wyemitowała ona foton promieniowania, a więc ten akt lokalizacji zmienia już położenie cząsteczki w sposób nieprzewidywalny
Fotony o małej długości fali, ale o dużym pędzie - wymusza duży wpływ na położenie cząst. Fotony o małym pędzie - mały wpływ na położenie, ale mniej dokładne ze względu na dużą długość fali.
- Równanie Schroedingera
Formy: zależna i niezależna od czasu. Dzięki niemu możemy wyznaczyć te stany kwantowe, które mają ściśle określone energie, a także możliwe wartości tych energii.
(n/2m2)( ∂2Ψ/ ∂x2+∂ 2Ψ/ ∂y2+∂2Ψ/ ∂z 2 )-V(r,t)Ψ(r,t)=iћ∂ Ψ(r,t)/∂t
Ψ – f. falowa
V – potencjał
i– liczba zespolona
Równanie zależne od czasu
- Ψ(r,t) – funkcja falowa, charakteryzuje stan fizyczny układu kwantowego; zależy od współrzędnych cząsteczki w czasie i przestrzeni.
Rozwiązaniem równania Schroedingera jest zbiorem dowolnych fal owych cząstki, z których każda odpowiada dowolnemu poziomowi energii;
- kwadrat modułu | Ψ|2 – w danym punkcie jest proporcjonalny do prawdopodobieństwa znalezienia cząstki w małym elemencie objętości dxdydz wokół tego punktu Dla elektronu w atomie i cząsteczki, intrepretacja ta prowadzi do ?? orbitali ?? i molekularnych
Niezależne od czasu
L-j.w.
p=t Ψ(r,t)
- Studnia potencjału
To rejon otaczający minumum lokalne enrgii potencjalnej. Energia wyjściowa nie może przemienić się w studni potencjału w inną postać en. (en. kinetyczną w przypadku grawitacyjnej studni potencjału) ponieważ jest uwięziona w lokalnym minimum studni.
Energia może być przekształcona jeśli dostarczymy do studni odpowiednią ilość energii.
W obszarze studni rozwinięcie równania Schroedingera:
Ψ(x)=Asin(kx)-Bcos(kx)
Φ(x) = 0 r=±a/2
Całkowita energia cząstki z takiej studni jest skwantowana.
2. Kropki kwantowe
- są to półprzewodnikowe nanocząstki
- niewielki obszar przestrzeni ograniczony w 3D barierami potencjału, gdy w środku jest cząstka o długości fali porównywalnej z rozmiarem 3D
- opis kwantowy
- ograniczenie rurki ? cząstki w 3D -> kwantyzacja w każdym z poszczególnych ?? . Cząstki reprezentują tylko określone stany
- cząstka emitująca promieniowanie: im częstotliwość wyższa tym długość fali niższa wyemitowanego promieniowania;
- promieniowanie to efekt pamięci pozornej /jeżeli możemy stosować to naświetlić światłem o innej długości fali/ w innym przypadku ....??
- rozwój techniki cienkich warstw -> rozwój kropek
Tworzenie kropek:
- kropki spontaniczne – powstają na granicy faz półprzewodnikowch hodowanych metodą MBE
- nanokryształy
- kropki powierzchniowe
Zastosowanie:
- śledzenie białek w komórkach żywych
- detekcja fluorescencyjna – biosensory
- diagnostyka molekularna
- badania ex vivo
- kontrasty PET, NMR
- wielokrotnie, bardzo rozgałęzione polimery;
- do 10 generacji – poj. molekuła;
- ostatnia generacja – poliwalentna warstwa;
- właściwości: ławość kontroli tworzenia, wys. czystość, pojemność, oporność, niska toksyczność, mogą przenosić mat. genetyczny do wnętrza komórek, łatwość dostosowywania się do zadań;
- zastosowanie: diagnostyka (sensory, kontrasty), nośniki leków
4. Nanorurki
- struktury nadcząsteczkowe, mające postać pustych w środku walców;
- do 1 mm średnicy, dowolnie długie, bardzo mocne;
- zastosowanie nanorurki białkowe – nowy rodzaj antybiotyków
- systemy elektromechaniczne
- osłona AFM
- nośniki leków
- biosensory
5. Nanopory
- struktury komórkowe;
- sekwencjonowanie DNA, znany rozmiar nanopory, potencjał elektryczny przez błonę, czas przejścia;
- inne zastosowania: w biologii komórki, diagnostyce molekularnej;
6. Micelle
- używane jako nośniki leków;
- rdzeń hydrofobowy – w nim znajduje sie lek
- hydrofilowa otoczka – łatwo się rozpuszcza, przeciwstawia przyczepność na inne cząseczki białka
- wzrost wrażliwości na zmianę pH
7. Tworzenie nanocząstek (fotolitografia, miękka fotolitografia, techniki koloidalne)
wystarczy znajomosc fotolitografii z cwiczen