Linjassa olevista kvanttipisteistä tulee erittäin johtavia – Physics World

Kvanttipisteiden kokoonpanot ovat yleensä hyvin epäjärjestyksessä, mutta kun näiden pienten puolijohtavien rakenteiden puolet asetetaan riviin kuin sotilaat paraatissa, tapahtuu jotain outoa: pisteistä tulee erittäin hyviä johtamaan sähköä. Tämä on alan tutkijoiden havainto RIKEN Center for Emergent Matter Science Japanissa, jotka sanovat, että nämä järjestetyt, kvasi-kaksiulotteiset kvanttipisteiden "superhilot" voisivat mahdollistaa nopeamman ja tehokkaamman elektroniikan kehittämisen.

Kvanttipisteet ovat puolijohderakenteita, jotka rajoittavat elektroneja kaikissa kolmessa avaruudellisessa ulottuvuudessa. Tämä rajoitus tarkoittaa, että kvanttipisteet käyttäytyvät jollain tavalla kuin yksittäiset kvanttihiukkaset, vaikka ne sisältävät tuhansia atomeja ja ovat halkaisijaltaan jopa 50 nm. Hiukkasmaisten ominaisuuksiensa ansiosta kvanttipisteet ovat löytäneet käyttöä monissa optoelektroniikan sovelluksissa, kuten aurinkokennoissa, biologisissa kuvantamisjärjestelmissä ja elektronisissa näytöissä.

Siinä on kuitenkin pulma. Kvanttipistekokoonpanojen yleinen epäjärjestys tarkoittaa, että varauksenkantajat eivät virtaa tehokkaasti niiden läpi. Tämä tekee niiden sähkönjohtavuudesta huonon, eivätkä vakiotekniikat järjestyksen tuomiseksi ole auttaneet paljon. "Vaikka kokoonpanojen järjestystä voidaan parantaa, havaitsimme, että se ei riitä", sanoo Satria Zulkarnaen Bisri, joka johti RIKEN-tutkimusta ja on nyt apulaisprofessori Tokion maatalous- ja teknologiayliopisto.

Tuore katsaus kvanttipisteisiin

Bisri selittää, että kvanttipisteiden johtavuuden parantamiseksi meidän on tarkasteltava niitä eri tavalla – ei pallomaisina esineinä, kuten tällä hetkellä, vaan aineen paloina, joilla on sarja ainutlaatuisia kristallografisia ominaisuuksia, jotka on peritty niiden yhdistekidekiderakenteesta. . "Myös kvanttipisteiden orientaation yhtenäisyys on tärkeää", hän sanoo. "Tämän ymmärtäminen auttoi meitä muotoilemaan tavan ohjata kvanttipisteiden kokoonpanoa säätämällä vuorovaikutusta viereisten kvanttipisteiden puolien välillä."

Tutkijat tekivät kvanttipistekokoonpanonsa eli superhilat luomalla niin sanotun Langmuir-kalvon. Bisri kuvaa tätä prosessia vähän kuin öljyn tihkuttamista veden pinnalle ja sen levittämistä hyvin ohueksi kerrokseksi. Heidän kokeessaan "öljy" on kvanttipisteet, kun taas "vesi" on liuotin, joka auttaa pisteitä yhdistymään toisiinsa valikoivasti, tiettyjen tahojen kautta, muodostaen järjestetyn yksikerroksen tai superhilan.

"Tämän yksikerroksisen superhilan hyvät ominaisuudet ovat, että kvanttipisterakennuspalikoiden laajamittainen järjestys ja koherentti suuntaus minimoivat energiahäiriöt koko kokoonpanon aikana", Bisri kertoo. Fysiikan maailma. "Tämä mahdollistaa pisteiden elektronisten ominaisuuksien tarkemman hallinnan."

RIKEN-tutkijat havaitsivat, että he voisivat tehdä järjestelmästään jopa miljoona kertaa johtavamman kuin kvanttipisteiden kokoonpanot, joita ei ole yhdistetty epitaksiaalisesti tällä tavalla. Bisri selittää, että tämä johtavuuden kasvu liittyy järjestelmän varauksenkuljettajien dopingtason nousuun. Tällä korkeammalla dopingilla varauksen siirtoa kvanttipisteestä toiseen ei enää ohjaa hyppivä kuljetusprosessi (kuten eristimessä tapahtuu), vaan siirretty kuljetusmekanismi elektronisten minikaistojen kautta – "ihan kuin mitä tapahtuisi metallimateriaalissa ", Bisri sanoo.

Elektroni-aukkojen symmetria kvanttipisteissä näyttää lupaavalta kvanttilaskentaan

Nopeammat ja tehokkaammat elektroniset laitteet

Puolijohtavien kolloidisten kvanttipisteiden korkea johtavuus ja metallikäyttäytyminen voivat tuoda merkittäviä etuja elektronisille laitteille, mikä mahdollistaa nopeampien ja tehokkaampien transistoreiden, aurinkokennojen, lämpösähköisten, näyttöjen ja sensorien (mukaan lukien valoilmaisinten) kehittämisen, Bisri lisää. Materiaalia voitaisiin käyttää myös fyysisten perusilmiöiden, kuten vahvasti korreloituneiden ja topologisten tilojen, tutkimiseen.

Tutkijat aikovat nyt tutkia muita kvanttipisteyhdisteitä. "Haluaisimme saavuttaa samanlaisen tai jopa paremman metallisen käyttäytymisen myös muilla keinoilla kuin sähkökentän aiheuttaman dopingin", Bisri paljastaa.

He kuvaavat nykyistä työtään Luonto Viestintä.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. Autot / sähköautot, hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• BlockOffsets. Ympäristövastuun omistuksen nykyaikaistaminen. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/lined-up-quantum-dots-become-highly-conductive/