Ułożone w linie kropki kwantowe stają się wysoce przewodzące – świat fizyki

Zespoły kropek kwantowych są zwykle bardzo nieuporządkowane, ale kiedy fasetki tych maleńkich struktur półprzewodnikowych są ustawione w jednej linii jak żołnierze na paradzie, dzieje się coś dziwnego: kropki stają się bardzo dobre w przewodzeniu elektryczności. Takie jest odkrycie naukowców z Instytutu im RIKEN Center for Emergent Matter Science w Japonii, którzy twierdzą, że te uporządkowane, quasi-dwuwymiarowe „supersieci” kropek kwantowych mogą umożliwić opracowanie szybszej i wydajniejszej elektroniki.

Kropki kwantowe to struktury półprzewodnikowe, które ograniczają elektrony we wszystkich trzech wymiarach przestrzennych. To ograniczenie oznacza, że ​​kropki kwantowe zachowują się pod pewnymi względami jak pojedyncze cząstki kwantowe, mimo że zawierają tysiące atomów i mają średnicę do 50 nm. Dzięki swoim właściwościom zbliżonym do cząstek kropki kwantowe znalazły zastosowanie w wielu zastosowaniach optoelektronicznych, w tym w ogniwach słonecznych, biologicznych systemach obrazowania i wyświetlaczach elektronicznych.

Jest jednak pewien haczyk. Ogólny nieład zespołów kropek kwantowych oznacza, że ​​nośniki ładunku nie przepływają przez nie wydajnie. To sprawia, że ​​ich przewodnictwo elektryczne jest słabe, a standardowe techniki wprowadzania porządku niewiele pomogły. „Chociaż kolejność zgromadzeń można poprawić, stwierdziliśmy, że to nie wystarczy” — mówi Satria Zulkarnaen Bisri, który kierował badaniem RIKEN, a obecnie jest profesorem nadzwyczajnym na Uniwersytecie im Uniwersytet Rolnictwa i Technologii w Tokio.

Świeże spojrzenie na kropki kwantowe

Bisri wyjaśnia, że ​​aby poprawić przewodnictwo kropek kwantowych, musimy spojrzeć na nie w inny sposób – nie jak na obiekty kuliste, jak to ma miejsce obecnie, ale jak na bryłki materii z zestawem unikalnych właściwości krystalograficznych odziedziczonych po ich złożonej strukturze krystalicznej . „Jednorodność orientacji kropek kwantowych jest również ważna” – mówi. „Zrozumienie tego umożliwiło nam sformułowanie sposobu kontrolowania składania kropek kwantowych poprzez dostrajanie interakcji między aspektami sąsiednich kropek kwantowych”.

Naukowcy stworzyli swoje zespoły kropek kwantowych lub supersieci, tworząc tak zwany film Langmuira. Bisri opisuje ten proces jako trochę podobny do skropienia oleju na powierzchnię wody i rozprowadzenia go w bardzo cienką warstwę. W ich eksperymencie „olej” to kropki kwantowe, podczas gdy „woda” to rozpuszczalnik, który pomaga kropkom łączyć się ze sobą selektywnie, poprzez pewne fasetki, tworząc uporządkowaną monowarstwę lub supersieć.

„Dobre właściwości tej jednowarstwowej supersieci polegają na tym, że porządek na dużą skalę i spójna orientacja bloków budulcowych kropek kwantowych minimalizują zaburzenia energetyczne w całym zespole”, mówi Bisri Świat Fizyki. „Pozwala to na dokładniejszą kontrolę właściwości elektronicznych kropek”.

Naukowcy z RIKEN odkryli, że mogą sprawić, że ich system będzie milion razy bardziej przewodzący niż zespoły kropek kwantowych, które nie były połączone epitaksjalnie w ten sposób. Bisri wyjaśnia, że ​​ten wzrost przewodnictwa jest związany ze wzrostem poziomu domieszkowania nośników ładunku w układzie. Przy tym wyższym domieszkowaniu transport ładunku z jednej kropki kwantowej do drugiej nie jest już regulowany przez proces transportu skokowego (jak ma to miejsce w izolatorze), ale przez zdelokalizowany mechanizm transportu przez elektroniczne minipasma – „tak jak to, co dzieje się w materiale metalicznym – mówi Bisri.

Symetria elektron-dziura w kropkach kwantowych jest obiecująca dla komputerów kwantowych

Szybsze i wydajniejsze urządzenia elektroniczne

Wysoka przewodność i właściwości metaliczne w półprzewodnikowych koloidalnych kropkach kwantowych mogą przynieść znaczne korzyści urządzeniom elektronicznym, umożliwiając opracowanie szybszych i wydajniejszych tranzystorów, ogniw słonecznych, termoelektryków, wyświetlaczy i czujników (w tym fotodetektorów), dodaje Bisri. Materiały te można również wykorzystać do badania podstawowych zjawisk fizycznych, takich jak stany silnie skorelowane i topologiczne.

Naukowcy planują teraz zbadać inne związki kropek kwantowych. „Chcielibyśmy również osiągnąć podobne lub nawet lepsze zachowanie metali przy użyciu innych środków niż domieszkowanie indukowane polem elektrycznym” — ujawnia Bisri.

Szczegółowo opisują swoją obecną pracę w Nature Communications.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Motoryzacja / pojazdy elektryczne, Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Przesunięcia bloków. Modernizacja własności offsetu środowiskowego. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/lined-up-quantum-dots-become-highly-conductive/