A kvantumpontok összeállítása általában rendkívül rendezetlen, de amikor ezeknek az apró félvezető szerkezeteknek az oldalai sorakoznak, mint a katonák a parádén, valami furcsa történik: a pontok nagyon jól vezetik az elektromosságot. Ezt állapították meg a kutatók RIKEN Központ az Emergent Matter Science Japánban, akik szerint ezek a rendezett, kvázi kétdimenziós kvantumpontok „szuperrácsai” gyorsabb és hatékonyabb elektronika fejlesztését tehetik lehetővé.
A kvantumpontok olyan félvezető szerkezetek, amelyek az elektronokat mindhárom térbeli dimenzióban korlátozzák. Ez a bezártság azt jelenti, hogy a kvantumpontok bizonyos szempontból egyedi kvantumrészecskékként viselkednek, még akkor is, ha több ezer atomot tartalmaznak, és átmérőjük akár 50 nm. Részecskeszerű tulajdonságaiknak köszönhetően a kvantumpontokat számos optoelektronikai alkalmazásban használják, beleértve a napelemeket, a biológiai képalkotó rendszereket és az elektronikus kijelzőket.
Van azonban egy gubanc. A kvantumpont-összeállítások általános rendezetlensége azt jelenti, hogy a töltéshordozók nem áramlanak át hatékonyan rajtuk. Emiatt gyenge az elektromos vezetőképességük, és a rend bevezetésének szokásos technikái nem sokat segítettek. „Bár az összeállítások sorrendje javítható, azt tapasztaltuk, hogy ez nem elég” – mondja Satria Zulkarnaen Bisri, aki a RIKEN tanulmányt vezette, és jelenleg egyetemi docens a Tokiói Mezőgazdasági és Technológiai Egyetem.
Új pillantás a kvantumpontokra
Bisri kifejti, hogy a kvantumpontok vezetőképességének javítása érdekében más szemszögből kell tekintenünk rájuk – nem gömb alakú objektumként, mint jelenleg, hanem anyagdarabokként, amelyek összetett kristályszerkezetükből örökölt egyedi krisztallográfiai tulajdonságokkal rendelkeznek. "A kvantumpontok tájolásának egységessége szintén fontos" - mondja. "Ennek megértése lehetővé tette számunkra, hogy kidolgozzunk egy módot a kvantumpontok összeállításának szabályozására a szomszédos kvantumpontok oldalai közötti kölcsönhatás hangolásával."
A kutatók kvantumpontszerelvényeiket vagy szuperrácsaikat úgy készítették el, hogy létrehoztak egy úgynevezett Langmuir-filmet. Bisri ezt a folyamatot úgy írja le, mintha olajat csöpögtetnének a víz felszínére, és hagynák szétterülni egy nagyon vékony rétegben. Kísérletükben az „olaj” a kvantumpontok, míg a „víz” egy oldószer, amely segíti a pontok szelektív összekapcsolódását, bizonyos oldalakon keresztül, hogy rendezett egyrétegű réteget, szuperrácsot alkossanak.
"Ennek az egyrétegű szuperrácsnak az a jó tulajdonsága, hogy a kvantumpont építőelemek nagy léptékű sorrendje és koherens orientációja minimalizálja az energetikai zavarokat az összeállítás során" - mondja Bisri. Fizika Világa. "Ez lehetővé teszi a pontok elektronikus tulajdonságainak pontosabb szabályozását."
A RIKEN kutatói azt találták, hogy rendszerüket akár milliószor vezetőképessé tudják tenni, mint a kvantumpontokból álló halmazok, amelyek nem ily módon kapcsolódnak epitaxiálisan. Bisri kifejti, hogy ez a vezetőképesség növekedés a rendszer töltéshordozóinak adalékolási szintjének növekedésével jár. Ennél a magasabb adalékolásnál a töltések egyik kvantumpontból a másikba történő szállítását már nem egy ugráló transzportfolyamat irányítja (ahogyan ez egy szigetelőben történik), hanem egy delokalizált transzportmechanizmus elektronikus minisávokon keresztül – „úgy, mint ami egy fémes anyagnál történne” – mondja Bisri.
Az elektron-lyuk szimmetria a kvantumpontokban ígéretes a kvantumszámítás számára
Gyorsabb és hatékonyabb elektronikus eszközök
A félvezető kolloid kvantumpontok nagy vezetőképessége és fémes viselkedése jelentős előnyökkel járhat az elektronikai eszközök számára, lehetővé téve gyorsabb és hatékonyabb tranzisztorok, napelemek, termoelektromos elemek, kijelzők és érzékelők (beleértve a fotodetektorokat) kifejlesztését – teszi hozzá Bisri. Az anyagok felhasználhatók olyan alapvető fizikai jelenségek vizsgálatára is, mint az erősen korrelált és topológiai állapotok.
A kutatók most más kvantumpontvegyületek tanulmányozását tervezik. „Szeretnénk hasonló vagy még jobb fémes viselkedést elérni az elektromos mező által kiváltott doppingon kívül más eszközökkel is” – árulta el Bisri.
Részletezik jelenlegi munkájukat Nature Communications.
- SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
- PlatoESG. Autóipar / elektromos járművek, Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
- BlockOffsets. A környezetvédelmi ellentételezési tulajdon korszerűsítése. Hozzáférés itt.
- Forrás: https://physicsworld.com/a/lined-up-quantum-dots-become-highly-conductive/