Οι συναρμολογήσεις κβαντικών κουκκίδων τείνουν να είναι πολύ διαταραγμένες, αλλά όταν οι όψεις αυτών των μικροσκοπικών ημιαγωγών δομών παρατάσσονται σαν στρατιώτες στην παρέλαση, συμβαίνει κάτι περίεργο: οι κουκκίδες γίνονται πολύ καλές στην αγωγή του ηλεκτρισμού. Αυτό είναι το εύρημα των ερευνητών στο RIKEN Center for Emergent Matter Science στην Ιαπωνία, που λένε ότι αυτά τα διατεταγμένα, οιονεί δισδιάστατα «υπερπλέγματα» κβαντικών κουκκίδων θα μπορούσαν να καταστήσουν δυνατή την ανάπτυξη ταχύτερων και πιο αποτελεσματικών ηλεκτρονικών.
Οι κβαντικές κουκκίδες είναι δομές ημιαγωγών που περιορίζουν τα ηλεκτρόνια και στις τρεις χωρικές διαστάσεις. Αυτός ο περιορισμός σημαίνει ότι οι κβαντικές κουκκίδες συμπεριφέρονται με κάποιους τρόπους σαν μεμονωμένα κβαντικά σωματίδια, παρόλο που περιέχουν χιλιάδες άτομα και έχουν διάμετρο έως και 50 nm. Χάρη στις ιδιότητες που μοιάζουν με σωματίδια, οι κβαντικές κουκκίδες έχουν βρει χρήση σε πολλές εφαρμογές οπτοηλεκτρονικής, συμπεριλαμβανομένων των ηλιακών κυττάρων, των συστημάτων βιολογικής απεικόνισης και των ηλεκτρονικών οθονών.
Υπάρχει ένα εμπόδιο, ωστόσο. Η γενική αταξία των συγκροτημάτων κβαντικών κουκκίδων σημαίνει ότι οι φορείς φορτίου δεν ρέουν αποτελεσματικά μέσα από αυτά. Αυτό κάνει την ηλεκτρική τους αγωγιμότητα φτωχή και οι τυπικές τεχνικές για την εισαγωγή της τάξης δεν έχουν βοηθήσει πολύ. «Αν και η σειρά των συνελεύσεων μπορεί να βελτιωθεί, διαπιστώσαμε ότι δεν είναι αρκετό», λέει Σατρία Ζουλκαρνάεν Μπισρί, ο οποίος ηγήθηκε της μελέτης RIKEN και τώρα είναι αναπληρωτής καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Γεωργίας και Τεχνολογίας του Τόκιο.
Μια φρέσκια ματιά στις κβαντικές κουκκίδες
Ο Bisri εξηγεί ότι για να βελτιώσουμε την αγωγιμότητα των κβαντικών κουκκίδων, πρέπει να τις δούμε με διαφορετικό τρόπο – όχι ως σφαιρικά αντικείμενα, όπως συμβαίνει σήμερα, αλλά ως κομμάτια ύλης με μια σειρά από μοναδικές κρυσταλλογραφικές ιδιότητες που κληρονομήθηκαν από τη σύνθετη κρυσταλλική δομή τους . «Η ομοιομορφία προσανατολισμού των κβαντικών κουκκίδων είναι επίσης σημαντική», λέει. «Η κατανόηση αυτού μας έδωσε τη δυνατότητα να διαμορφώσουμε έναν τρόπο ελέγχου της συναρμολόγησης των κβαντικών κουκκίδων συντονίζοντας την αλληλεπίδραση μεταξύ των όψεων των γειτονικών κβαντικών κουκκίδων».
Οι ερευνητές έφτιαξαν τις κβαντικές κουκκίδες τους, ή τα υπερδικτυώματα, δημιουργώντας αυτό που είναι γνωστό ως φιλμ Langmuir. Ο Bisri περιγράφει αυτή τη διαδικασία σαν να ρίχνει λάδι στην επιφάνεια του νερού και να το αφήνει να απλωθεί σε ένα πολύ λεπτό στρώμα. Στο πείραμά τους, το «έλαιο» είναι οι κβαντικές κουκκίδες, ενώ το «νερό» είναι ένας διαλύτης που βοηθά τις κουκκίδες να συνδέονται επιλεκτικά μεταξύ τους, μέσω ορισμένων όψεων, για να σχηματίσουν μια διατεταγμένη μονοστιβάδα ή υπερπλέγμα.
«Οι καλές ιδιότητες αυτού του υπερπλέγματος μονοστρωματικού είναι ότι η μεγάλης κλίμακας τάξη και ο συνεκτικός προσανατολισμός των δομικών στοιχείων της κβαντικής κουκκίδας ελαχιστοποιούν τις ενεργειακές διαταραχές σε όλη τη διάταξη», λέει ο Bisri. Κόσμος Φυσικής. «Αυτό επιτρέπει πιο ακριβή έλεγχο των ηλεκτρονικών ιδιοτήτων των κουκκίδων».
Οι ερευνητές του RIKEN ανακάλυψαν ότι μπορούσαν να κάνουν το σύστημά τους έως και ένα εκατομμύριο φορές πιο αγώγιμο από συγκροτήματα κβαντικών κουκκίδων που δεν συνδέονταν επιταξιακά με αυτόν τον τρόπο. Ο Bisri εξηγεί ότι αυτή η αύξηση της αγωγιμότητας σχετίζεται με την αύξηση του επιπέδου ντόπινγκ των φορέων φορτίου στο σύστημα. Σε αυτό το υψηλότερο ντόπινγκ, η μεταφορά φορτίου από τη μια κβαντική κουκκίδα στην άλλη δεν διέπεται πλέον από μια διαδικασία μεταφοράς αναπήδησης (όπως συμβαίνει σε έναν μονωτήρα), αλλά από έναν μετατοπισμένο μηχανισμό μεταφοράς μέσω ηλεκτρονικών μίνι ζωνών - «όπως ακριβώς θα συνέβαινε σε ένα μεταλλικό υλικό », λέει ο Μπισρί.
Η συμμετρία ηλεκτρονίου-οπής σε κβαντικές τελείες δείχνει πολλά υποσχόμενη για κβαντικούς υπολογισμούς
Γρήγορες και πιο αποτελεσματικές ηλεκτρονικές συσκευές
Η υψηλή αγωγιμότητα και η μεταλλική συμπεριφορά σε ημιαγώγιμες κολλοειδείς κβαντικές κουκκίδες θα μπορούσαν να φέρουν σημαντικά πλεονεκτήματα για τις ηλεκτρονικές συσκευές, καθιστώντας δυνατή την ανάπτυξη ταχύτερων και πιο αποτελεσματικών τρανζίστορ, ηλιακών κυψελών, θερμοηλεκτρικών, οθονών και αισθητήρων (συμπεριλαμβανομένων των φωτοανιχνευτών), προσθέτει ο Bisri. Τα υλικά θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τη διερεύνηση θεμελιωδών φυσικών φαινομένων όπως ισχυρά συσχετισμένες και τοπολογικές καταστάσεις.
Οι ερευνητές σχεδιάζουν τώρα να μελετήσουν άλλες ενώσεις κβαντικών κουκκίδων. «Θα θέλαμε επίσης να επιτύχουμε παρόμοια ή ακόμα καλύτερη μεταλλική συμπεριφορά χρησιμοποιώντας άλλα μέσα εκτός από το ντόπινγκ που προκαλείται από ηλεκτρικό πεδίο», αποκαλύπτει ο Μπίσρι.
Αναφέρουν λεπτομερώς την παρούσα εργασία τους Nature Communications.
- SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
- PlatoESG. Αυτοκίνητο / EVs, Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
- BlockOffsets. Εκσυγχρονισμός της περιβαλλοντικής αντιστάθμισης ιδιοκτησίας. Πρόσβαση εδώ.
- πηγή: https://physicsworld.com/a/lined-up-quantum-dots-become-highly-conductive/