15 wrzesień
MIĘDZYNARODOWY DZIEŃ KROPKI
„Kartka z kalendarza” to cykl artykułów, które powstawały z okazji różnych nietypowych świąt. Autorami prezentowanych materiałów są studenci, doktoranci i pracownicy Wydziału Nauk Ścisłych i Technicznych UŚ.
Książka pt. „Kropka” Petera H. Reynoldsa zapoczątkowała Międzynarodowy Dzień Kropki, obchodzony na całym świecie 15 września jako święto kreatywności, talentu i odwagi w pokonywaniu trudności.
Gdy słyszymy „kropka” pierwsza myślą, która zwykle przychodzi nam do głowy jest znak interpunkcyjny. Jednakże kropka, jako symbol, ma znacznie szersze zastosowanie. O tym opowiada dr Marcin Kurpas, Prof. UŚ z Instytutu Fizyki.
fot. archiwum prywatne
dr MARCIN KURPAS, prof. UŚ
Profesor Uczelni
Gdy słyszymy „kropka” pierwsza myślą, która zwykle przychodzi nam do głowy jest znak interpunkcyjny. Jednakże kropka, jako symbol, ma znacznie szersze zastosowanie. W matematyce kropka umieszczona między dwoma wektorami lub skalarami oznacza ich iloczyn skalarny. Dwie kropki, w konfiguracji jedna pod drugą, symbolizują działanie dzielenia dwóch liczb. Używa jej się także to oznaczania miejsca dziesiętnego w zapisie liczbowym. W chemii kropka używana jest np. do oznaczania liczby elektronów walencyjnych pierwiastków, a w fizyce kropka stosowana jest m.in. do oznaczania różniczkowania funkcji względem zmiennej czasowej. Jednak gdy fizyk (lecz nie tylko) powie, że prowadzi badania kropek, ma na myśli zupełnie coś innego, mianowicie kropki kwantowe.
Kropki kwantowe to bardzo małe obiekty o rozmiarach od kilku do kilkudziesięciu nanometrów (1 nanometr = 10-9m). Po raz pierwszy zostały one wytworzone w 1980 r. przez rosyjskiego fizyka Alexeja Ekimova, a pierwszy opis teoretyczny wyników Ekimova zaproponował, również rosyjski fizyk, Alexander Efros.
Przymiotnik „kwantowa” prowadzi nas do świata mechaniki kwantowej, bowiem koncepcja kropki kwantowej opiera się na fundamentalnym dla mechaniki kwantowej zjawisku kwantowania przestrzennego. Zjawisko to jest efektem przestrzennego ograniczenia ruchu cząstki, np. elektronu. Jeśli ograniczymy obszar w jakim może poruszać się elektron do pewnej skończonej objętości, jego stany energetyczne (tzw. widmo) będą mogły przyjmować jedynie ściśle określone, dyskretne wartości. Tak dzieje się na przykład w atomie, w którym elektrony znajdują się na powłokach o dokładnie określonych energiach. Im mniejszy jest obszar, w którym może znajdować się elektron, tym kwantowanie przestrzenne jest silniejsze, a stany energetyczne bardziej odległe od siebie.
Analogia do atomu jest tu nieprzypadkowa. Okazuje się, że stany elektronu w kropce kwantowej są bardzo podobne do stanów elektronu w atomie. Dlatego też, kropki kwantowe nazywa się również sztucznymi atomami. Podobnie jak atomy, kropki kwantowe są układami aktywnymi optycznie i wzbudzone potrafią emitować światło o wybranej długości fali. Pozwala to na ich zastosowanie w wyświetlaczach elektronicznych, do produkcji farb luminescencyjnych oraz w medycynie, np. jako markery komórek nowotworowych lub do monitorowania procesu uwalniania leku. Kropki kwantowe są również używane do budowy tranzystorów jednoelektronowych, w których przepływ prądu elektrycznego może być kontrolowany z dokładnością jednego elektronu oraz w technologiach kwantowych, jako kwantowe bity (tzw. kubity).
Wymienione powyżej zastosowania to jedynie wycinek możliwości tych małych obiektów, które udowadniają, że małe może być piękne.
Koniec i kropka!