Los puntos cuánticos alineados se vuelven altamente conductivos – Physics World

Los conjuntos de puntos cuánticos tienden a estar muy desordenados, pero cuando las facetas de estas diminutas estructuras semiconductoras se alinean como soldados en un desfile, sucede algo extraño: los puntos se vuelven muy buenos para conducir electricidad. Este es el hallazgo de investigadores del Centro RIKEN para la ciencia de la materia emergente en Japón, quienes afirman que estas “superredes” casi bidimensionales y ordenadas de puntos cuánticos podrían hacer posible el desarrollo de una electrónica más rápida y eficiente.

Los puntos cuánticos son estructuras semiconductoras que confinan electrones en las tres dimensiones espaciales. Este confinamiento significa que los puntos cuánticos se comportan de alguna manera como partículas cuánticas individuales a pesar de que contienen miles de átomos y miden hasta 50 nm de ancho. Gracias a sus propiedades similares a las partículas, los puntos cuánticos han encontrado uso en muchas aplicaciones de optoelectrónica, incluidas las células solares, los sistemas de imágenes biológicas y las pantallas electrónicas.

Sin embargo, hay un inconveniente. El desorden general de los conjuntos de puntos cuánticos significa que los portadores de carga no fluyen eficientemente a través de ellos. Esto hace que su conductividad eléctrica sea pobre y las técnicas estándar para introducir orden no han ayudado mucho. “Aunque se puede mejorar el orden de los montajes, encontramos que no es suficiente”, dice Satria Zulkarnaen Bisri, quien dirigió el estudio RIKEN y ahora es profesor asociado en la Universidad de Agricultura y Tecnología de Tokio.

Una nueva mirada a los puntos cuánticos

Bisri explica que para mejorar la conductividad de los puntos cuánticos, debemos verlos de una manera diferente, no como objetos esféricos, como es el caso actualmente, sino como trozos de materia con un conjunto de propiedades cristalográficas únicas heredadas de su estructura cristalina compuesta. . “La uniformidad de la orientación de los puntos cuánticos también es importante”, dice. "Comprender esto nos permitió formular una forma de controlar el ensamblaje de los puntos cuánticos ajustando la interacción entre las facetas de los puntos cuánticos vecinos".

Los investigadores hicieron sus ensamblajes de puntos cuánticos, o superredes, creando lo que se conoce como una película de Langmuir. Bisri describe este proceso como un poco como rociar aceite sobre la superficie del agua y dejar que se esparza en una capa muy delgada. En su experimento, el "aceite" son los puntos cuánticos, mientras que el "agua" es un solvente que ayuda a que los puntos se conecten entre sí de forma selectiva, a través de ciertas facetas, para formar una monocapa ordenada o superred.

"Las buenas propiedades de esta superred monocapa son que el orden a gran escala y la orientación coherente de los bloques de construcción de puntos cuánticos minimizan los trastornos energéticos en todo el ensamblaje", dice Bisri. Mundo de la física. “Esto permite un control más preciso sobre las propiedades electrónicas de los puntos”.

Los investigadores de RIKEN descubrieron que podían hacer que su sistema fuera hasta un millón de veces más conductivo que los conjuntos de puntos cuánticos que no estaban conectados epitaxialmente de esta manera. Bisri explica que este aumento en la conductividad está asociado con un aumento en el nivel de dopaje de los portadores de carga en el sistema. Con este dopaje superior, el transporte de carga de un punto cuántico a otro ya no se rige por un proceso de transporte por saltos (como ocurre en un aislador), sino por un mecanismo de transporte deslocalizado a través de minibandas electrónicas, “tal como sucedería en un material metálico”. ”, dice Bisri.

La simetría del agujero de electrones en los puntos cuánticos se muestra prometedora para la computación cuántica

Dispositivos electrónicos más rápidos y eficientes

La alta conductividad y el comportamiento metálico en los puntos cuánticos coloidales semiconductores podrían brindar ventajas significativas para los dispositivos electrónicos, lo que permitiría desarrollar transistores, células solares, termoeléctricos, pantallas y sensores (incluidos los fotodetectores) más rápidos y eficientes, agrega Bisri. Los materiales también podrían usarse para investigar fenómenos físicos fundamentales, como estados fuertemente correlacionados y topológicos.

Los investigadores ahora planean estudiar otros compuestos de puntos cuánticos. "También nos gustaría lograr un comportamiento metálico similar o incluso mejor utilizando otros medios además del dopaje inducido por campos eléctricos", revela Bisri.

Detallan su trabajo actual en Nature Communications.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/lined-up-quantum-dots-become-highly-conductive/