Publicación: Simulación de los efectos de ambientes dieléctricos sobre las propiedades ópticas de puntos cuánticos semiconductores multicapa
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Resumen en español
RESUMEN: Dadas las propiedades optoelectrónicas de las nanoestructuras semiconductoras, las convierte en candidatas prometedoras para el desarrollo de plataformas óptimas para dispositivos de biosensores ópticos. La biofuncionalización de este semiconductor se puede lograr utilizando biomateriales ampliamente explorados en las ciencias de la vida para diagnósticos. En este estudio, investigamos el impacto sinérgico de una capa de biomaterial funcional y un potencial de confinamiento en las propiedades electrónicas y ópticas de los puntos cuánticos núcleo/capa/biocapa. Los cálculos se realizaron dentro del marco de las aproximaciones de masa efectiva y banda parabólica, resolviendo la ecuación de Schrödinger para un electrón confinado utilizando el método de elementos finitos (FEM). Además, se aplicaron campos eléctricos y magnéticos externos con el objetivo de estudiar su influencia sobre la respuesta óptica de los puntos cuánticos, lo cual permite explorar mecanismos adicionales de control de sus propiedades espectrales. Nuestros hallazgos revelan que las alteraciones en los tamaños del núcleo, la capa, la capa del biomaterial, los campos electromagnéticos y los parámetros del potencial de confinamiento resultan en variaciones significativas en las energías de los puntos cuánticos de electrones y el espectro de absorción óptica. Concluimos que los parámetros del potencial de confinamiento permiten ajustar tanto las energías del estado fundamental como las excitadas, modulando así las amplitudes y posiciones de los picos en las propiedades ópticas obtenidas. Este control matizado sobre las propiedades del punto cuántico, sumado a la aplicación de campos externos, promete adaptar el rendimiento del dispositivo en aplicaciones de biosensores ópticos. Al mejorar la sensibilidad y especificidad en la detección de biomoléculas, tales dispositivos podrían revolucionar los diagnósticos biomédicos, ofreciendo una detección rápida y precisa de enfermedades o biomarcadores.
Resumen en inglés
ABSTRACT: Given the optoelectronic properties of semiconductor nanostructures, they are promising candidates for the development of optimal platforms for optical biosensing devices. The bio-functionalization of these semiconductors can be achieved using biomaterials that are widely explored in the life sciences for diagnostic purposes. In this study, we investigated the syner-gistic impact of a functional biomaterial layer and a confinement potential on the electronic and optical properties of core/shell/biolayer quantum dots. Calculations were carried out within the framework of the effective mass and parabolic band approximations by solving the Schrödinger equation for a confined electron using the finite element method (FEM). Additionally, external electric and magnetic fields were applied to study their influence on the optical response of the quantum dots, enabling the exploration of further mechanisms for tuning their spectral properties. Our findings reveal that variations in the sizes of the core, shell, and biomaterial layer, as well as in the applied electromagnetic fields and confinement potential parameters, lead to significant changes in electron energy levels and optical absorption spectra. We conclude that confinement potential parameters enable the tuning of both ground and excited state energies, thereby modulating the amplitudes and positions of the peaks in the resulting optical properties. This nuanced control over quantum dot characteristics, combined with the application of external fields, holds great promise for tailoring device performance in optical biosensing applications. By improving sensitivity and specificity in biomolecule detection, such devices could revolutionize biomedical diagnostics by providing rapid and accurate identification of diseases or biomarkers.