Titik-titik kuantum berbaris menjadi sangat konduktif – Dunia Fisika

Titik-titik kuantum berbaris menjadi sangat konduktif – Dunia Fisika

Stempel Waktu: 26 Juni 2023 4

Foto peneliti yang bekerja di kotak sarung tangan
Di lab: Semua percobaan dilakukan dalam atmosfer yang terkendali (glovebox nitrogen) karena sifat elektronik superlattice quantum dot saat ini sangat sensitif terhadap oksigen dan kelembapan. (Sumber: SZ Bisri)

Rakitan titik-titik kuantum cenderung sangat tidak teratur, tetapi ketika aspek dari struktur semikonduktor kecil ini berbaris seperti tentara berparade, sesuatu yang aneh terjadi: titik-titik tersebut menjadi sangat baik dalam menghantarkan listrik. Demikian temuan para peneliti di RIKEN Center for Emergent Matter Science di Jepang, yang mengatakan bahwa "superlattices" quasi-dua-dimensi yang teratur dari titik-titik kuantum ini dapat memungkinkan pengembangan elektronik yang lebih cepat dan lebih efisien.

Titik kuantum adalah struktur semikonduktor yang membatasi elektron di ketiga dimensi spasial. Pengurungan ini berarti bahwa titik-titik kuantum berperilaku dalam beberapa hal seperti partikel kuantum tunggal meskipun mengandung ribuan atom dan berukuran hingga 50 nm. Berkat sifatnya yang mirip partikel, titik-titik kuantum telah digunakan dalam banyak aplikasi optoelektronik, termasuk sel surya, sistem pencitraan biologis, dan tampilan elektronik.

Namun, ada halangan. Ketidakteraturan umum rakitan titik kuantum berarti bahwa pembawa muatan tidak mengalir secara efisien melaluinya. Hal ini membuat konduktivitas listriknya buruk, dan teknik standar untuk memperkenalkan keteraturan tidak banyak membantu. ”Meskipun urutan kebaktian dapat diperbaiki, kami menemukan bahwa itu tidak cukup,” kata Satria Zulkarnaen Bisri, yang memimpin studi RIKEN dan sekarang menjadi profesor di Universitas Pertanian dan Teknologi Tokyo.

Tampilan segar pada titik-titik kuantum

Bisri menjelaskan bahwa untuk meningkatkan konduktivitas titik-titik kuantum, kita perlu melihatnya dengan cara yang berbeda – bukan sebagai objek bulat, seperti yang terjadi saat ini, tetapi sebagai bongkahan materi dengan rangkaian sifat kristalografi unik yang diwarisi dari struktur kristal majemuknya. . “Keseragaman orientasi titik-titik kuantum juga penting,” katanya. “Memahami hal ini memungkinkan kami merumuskan cara untuk mengontrol perakitan titik-titik kuantum dengan menyetel interaksi antara faset titik-titik kuantum yang berdekatan.”

Para peneliti membuat rakitan titik kuantum, atau kisi super, dengan menciptakan apa yang dikenal sebagai film Langmuir. Bisri menggambarkan proses ini seperti gerimis minyak di permukaan air dan membiarkannya menyebar menjadi lapisan yang sangat tipis. Dalam percobaan mereka, "minyak" adalah titik-titik kuantum, sedangkan "air" adalah pelarut yang membantu titik-titik terhubung satu sama lain secara selektif, melalui faset tertentu, untuk membentuk lapisan tunggal yang teratur, atau kisi super.

“Sifat yang baik dari superlattice monolayer ini adalah tatanan skala besar dan orientasi yang koheren dari blok bangunan quantum dot meminimalkan gangguan energi di seluruh perakitan,” kata Bisri. Dunia Fisika. “Ini memungkinkan kontrol yang lebih tepat atas properti elektronik titik-titik.”

Pada tingkat doping yang lebih tinggi, pengangkutan muatan dari satu titik kuantum ke titik lainnya tidak lagi diatur oleh proses pengangkutan yang melompat
Melompat versus transportasi yang terdelokalisasi. Kehormatan: SZ Bisri

Para peneliti RIKEN menemukan bahwa mereka dapat membuat sistem mereka jutaan kali lebih konduktif daripada rakitan titik-titik kuantum yang tidak terhubung secara epitaxially dengan cara ini. Bisri menjelaskan bahwa peningkatan konduktivitas ini terkait dengan peningkatan tingkat doping pembawa muatan dalam sistem. Pada doping yang lebih tinggi ini, pengangkutan muatan dari satu titik kuantum ke titik lainnya tidak lagi diatur oleh proses pengangkutan yang melompat (seperti yang terjadi pada isolator), tetapi oleh mekanisme pengangkutan yang terdelokalisasi melalui miniband elektronik – “seperti yang akan terjadi pada bahan logam. ,” kata Bisri.

Perangkat elektronik yang lebih cepat dan lebih efisien

Konduktivitas tinggi dan perilaku logam dalam titik-titik kuantum koloid semikonduktor dapat membawa keuntungan signifikan bagi perangkat elektronik, sehingga memungkinkan untuk mengembangkan transistor, sel surya, termoelektrik, layar, dan sensor yang lebih cepat dan lebih efisien (termasuk detektor foto), tambah Bisri. Bahan-bahan tersebut juga dapat digunakan untuk menyelidiki fenomena fisik dasar seperti keadaan topologi dan korelasi yang kuat.

Para peneliti sekarang berencana untuk mempelajari senyawa titik kuantum lainnya. “Kami juga ingin mencapai perilaku logam yang serupa atau bahkan lebih baik menggunakan cara lain selain doping yang diinduksi medan listrik,” ungkap Bisri.

Mereka merinci pekerjaan mereka saat ini Alam Komunikasi.

Stempel Waktu:

Lebih dari Dunia Fisika