Ansamblurile de puncte cuantice tind să fie foarte dezordonate, dar când fațetele acestor mici structuri semiconductoare sunt aliniate ca soldații la paradă, se întâmplă ceva ciudat: punctele devin foarte bune la conducerea electricității. Aceasta este constatarea cercetătorilor de la Centrul RIKEN pentru Știința Materiei Emergente din Japonia, care spun că aceste „superrețele” ordonate, cvasi-bidimensionale de puncte cuantice ar putea face posibilă dezvoltarea unei electronice mai rapide și mai eficiente.
Punctele cuantice sunt structuri semiconductoare care conțin electronii în toate cele trei dimensiuni spațiale. Această izolare înseamnă că punctele cuantice se comportă în anumite moduri ca niște particule cuantice simple, chiar dacă conțin mii de atomi și măsoară până la 50 nm. Datorită proprietăților lor asemănătoare particulelor, punctele cuantice și-au găsit utilizare în multe aplicații optoelectronice, inclusiv celule solare, sisteme de imagistică biologică și afișaje electronice.
Există totuși o problemă. Dezordinea generală a ansamblurilor de puncte cuantice înseamnă că purtătorii de sarcină nu curg eficient prin ele. Acest lucru face conductivitatea lor electrică săracă, iar tehnicile standard de introducere a ordinii nu au ajutat prea mult. „Deși ordinea ansamblurilor poate fi îmbunătățită, am constatat că nu este suficient”, spune Satria Zulkarnaen Bisri, care a condus studiul RIKEN și acum este profesor asociat la Universitatea de Agricultură și Tehnologie din Tokyo.
O privire nouă asupra punctelor cuantice
Bisri explică că pentru a îmbunătăți conductivitatea punctelor cuantice, trebuie să le privim într-un mod diferit – nu ca obiecte sferice, așa cum este cazul în prezent, ci ca bucăți de materie cu o suită de proprietăți cristalografice unice moștenite din structura lor cristalină compusă. . „Uniformitatea orientării punctelor cuantice este, de asemenea, importantă”, spune el. „Înțelegerea acestui lucru ne-a permis să formulăm o modalitate de a controla ansamblul punctelor cuantice prin reglarea interacțiunii dintre fațetele punctelor cuantice învecinate.”
Cercetătorii și-au creat ansamblurile de puncte cuantice, sau superrețele, creând ceea ce este cunoscut sub numele de film Langmuir. Bisri descrie acest proces ca un pic asemănător cu stropirea uleiului pe suprafața apei și lăsarea acestuia să se răspândească într-un strat foarte subțire. În experimentul lor, „uleiul” sunt punctele cuantice, în timp ce „apa” este un solvent care ajută punctele să se conecteze selectiv între ele, prin anumite fațete, pentru a forma un monostrat ordonat, sau superlatice.
„Proprietățile bune ale acestei superrețele monostrat sunt că ordinea pe scară largă și orientarea coerentă a blocurilor de construcție cu puncte cuantice minimizează tulburările energetice în întregul ansamblu”, spune Bisri. Lumea fizicii. „Acest lucru permite un control mai precis asupra proprietăților electronice ale punctelor.”
Cercetătorii RIKEN au descoperit că își pot face sistemul de până la un milion de ori mai conductiv decât ansamblurile de puncte cuantice care nu erau conectate epitaxial în acest fel. Bisri explică că această creștere a conductibilității este asociată cu o creștere a nivelului de dopaj al purtătorilor de sarcină din sistem. La acest dopaj superior, transportul de sarcină de la un punct cuantic la altul nu mai este guvernat de un proces de transport cu salt (cum se întâmplă într-un izolator), ci de un mecanism de transport delocalizat prin mini-benzi electronice – „la fel cum s-ar întâmpla într-un material metalic. ”, spune Bisri.
Simetria găurilor de electroni în punctele cuantice arată promițătoare pentru calculul cuantic
Dispozitive electronice mai rapide și mai eficiente
Conductivitatea ridicată și comportamentul metalic în punctele cuantice coloidale semiconductoare ar putea aduce avantaje semnificative pentru dispozitivele electronice, făcând posibilă dezvoltarea tranzistoarelor mai rapide și mai eficiente, celule solare, termoelectrice, afișaje și senzori (inclusiv fotodetectoare), adaugă Bisri. Materialele ar putea fi folosite și pentru a investiga fenomene fizice fundamentale, cum ar fi stările puternic corelate și topologice.
Cercetătorii intenționează acum să studieze alți compuși cu puncte cuantice. „Ne-am dori, de asemenea, să obținem un comportament metalic similar sau chiar mai bun folosind alte mijloace în afară de dopajul indus de câmpul electric”, dezvăluie Bisri.
Ei își detaliază lucrarea actuală în Natura Comunicaţii.
- Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
- PlatoESG. Automobile/VE-uri, carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
- BlockOffsets. Modernizarea proprietății de compensare a mediului. Accesați Aici.
- Sursa: https://physicsworld.com/a/lined-up-quantum-dots-become-highly-conductive/