הרכבות של נקודות קוונטיות נוטות להיות מאוד מופרעות, אבל כשההיבטים של המבנים המוליכים למחצה הזעירים האלה מסודרים כמו חיילים במצעד, משהו מוזר קורה: הנקודות הופכות טובות מאוד בהולכת חשמל. זה הממצא של חוקרים ב- מרכז RIKEN למדעי החומר המתעורר ביפן, שאומרים כי "סריג-על" מסודר, מעין דו-מימדי, של נקודות קוונטיות יכולים לאפשר לפתח אלקטרוניקה מהירה ויעילה יותר.
נקודות קוונטיות הן מבנים מוליכים למחצה התוחמים אלקטרונים בכל שלושת הממדים המרחביים. משמעות הכליאה הזו היא שנקודות קוונטיות מתנהגות במובנים מסוימים כמו חלקיקים קוונטיים בודדים למרות שהן מכילות אלפי אטומים ורוחבן עד 50 ננומטר. הודות למאפיינים דמויי החלקיקים שלהן, נקודות קוונטיות מצאו שימוש ביישומי אופטואלקטרוניקה רבים, כולל תאים סולאריים, מערכות הדמיה ביולוגיות ותצוגות אלקטרוניות.
עם זאת, יש תקלה. חוסר הסדר הכללי של מכלולי נקודות קוונטים פירושה שנשאי מטען אינם זורמים ביעילות דרכם. זה הופך את המוליכות החשמלית שלהם לקויה, וטכניקות סטנדרטיות להכנסת סדר לא עזרו הרבה. "למרות שניתן לשפר את סדר המכלולים, מצאנו שזה לא מספיק", אומר Satria Zulkarnaen Bisri, שהוביל את מחקר RIKEN וכיום הוא פרופסור חבר ב- אוניברסיטת טוקיו לחקלאות וטכנולוגיה.
מבט רענן על נקודות קוונטיות
בישרי מסביר שכדי לשפר את המוליכות של נקודות קוונטיות, עלינו להסתכל עליהן בצורה אחרת - לא כעצמים כדוריים, כפי שקורה כיום, אלא כגוחי חומר עם חבילה של תכונות קריסטלוגרפיות ייחודיות שהורשתו מהמבנה הגבישי המורכב שלהן. . "אחידות ההתמצאות של הנקודות הקוונטיות היא גם חשובה", הוא אומר. "ההבנה הזו אפשרה לנו לגבש דרך לשלוט בהרכבת הנקודות הקוונטיות על ידי כוונון האינטראקציה בין היבטים של נקודות קוונטיות שכנות."
החוקרים יצרו את מכלולי הנקודות הקוונטיות שלהם, או סריג העל, על ידי יצירת מה שמכונה סרט לנגמייר. בישרי מתאר את התהליך הזה קצת כמו לטפטף שמן על פני המים ולהניח לו להתפשט לשכבה דקה מאוד. בניסוי שלהם, ה"שמן" הוא הנקודות הקוונטיות, בעוד ה"מים" הם ממס שעוזר לנקודות להתחבר זו לזו באופן סלקטיבי, באמצעות היבטים מסוימים, כדי ליצור חד-שכבה מסודרת, או סריג-על.
"המאפיינים הטובים של סריג העל החד-שכבתי הזה הם שהסדר בקנה מידה גדול והכיוון הקוהרנטי של אבני הבניין הנקודות הקוונטיות ממזערים הפרעות אנרגטיות לאורך ההרכבה", אומר ביזרי עולם הפיזיקה. "זה מאפשר שליטה מדויקת יותר על המאפיינים האלקטרוניים של הנקודות."
החוקרים של RIKEN גילו שהם יכולים להפוך את המערכת שלהם למוליכה פי מיליון יותר ממכלולים של נקודות קוונטיות שלא היו מחוברות אפיטקסיאלית בצורה זו. בישרי מסביר שהעלייה הזו במוליכות קשורה לעלייה ברמת הסימום של נושאי המטען במערכת. בסימום גבוה זה, הובלת מטען מנקודה קוונטית אחת לאחרת כבר לא נשלטת על ידי תהליך שינוע דילוג (כפי שמתרחש במבודד), אלא על ידי מנגנון הובלה עזוב דרך מיני-bands אלקטרוניים - "בדיוק כמו מה שיקרה בחומר מתכתי ", אומר בירי.
סימטריית חור אלקטרוני בנקודות קוונטיות מראה הבטחה למחשוב קוונטי
מכשירים אלקטרוניים מהירים ויעילים יותר
מוליכות גבוהה והתנהגות מתכתית בנקודות קוונטיות מוליכות למחצה עשויות להביא יתרונות משמעותיים למכשירים אלקטרוניים, מה שיאפשר לפתח טרנזיסטורים מהירים ויעילים יותר, תאים סולאריים, תרמו-אלקטריות, צגים וחיישנים (כולל גלאי צילום), מוסיף ביזרי. החומרים יכולים לשמש גם כדי לחקור תופעות פיזיקליות בסיסיות כמו מצבים טופולוגיים בקורלציה חזקה.
החוקרים מתכננים כעת לחקור תרכובות נקודות קוונטיות אחרות. "היינו גם רוצים להשיג התנהגות מתכתית דומה או אפילו טובה יותר באמצעות אמצעים אחרים מלבד סימום המושרה בשדה חשמלי", מגלה ביזרי.
הם מפרטים את עבודתם הנוכחית תקשורת טבע.
- הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
- PlatoESG. רכב / רכבים חשמליים, פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
- BlockOffsets. מודרניזציה של בעלות על קיזוז סביבתי. גישה כאן.
- מקור: https://physicsworld.com/a/lined-up-quantum-dots-become-highly-conductive/