Pontos quânticos alinhados tornam-se altamente condutores – Physics World

As montagens de pontos quânticos tendem a ser altamente desordenadas, mas quando as facetas dessas minúsculas estruturas semicondutoras são alinhadas como soldados em desfile, algo estranho acontece: os pontos tornam-se muito bons na condução de eletricidade. Essa é a conclusão de pesquisadores do RIKEN Center for Emergent Matter Science no Japão, que dizem que essas “superredes” quase bidimensionais ordenadas de pontos quânticos poderiam possibilitar o desenvolvimento de eletrônicos mais rápidos e eficientes.

Pontos quânticos são estruturas semicondutoras que confinam elétrons em todas as três dimensões espaciais. Esse confinamento significa que os pontos quânticos se comportam de certa forma como partículas quânticas únicas, embora contenham milhares de átomos e meçam até 50 nm de diâmetro. Graças às suas propriedades semelhantes a partículas, os pontos quânticos encontraram uso em muitas aplicações optoeletrônicas, incluindo células solares, sistemas de imagem biológica e telas eletrônicas.

Há um obstáculo, no entanto. A desordem geral dos conjuntos de pontos quânticos significa que os portadores de carga não fluem eficientemente através deles. Isso torna sua condutividade elétrica ruim e as técnicas padrão para introduzir ordem não ajudaram muito. “Embora a ordem das montagens possa ser melhorada, descobrimos que não é o suficiente”, diz Satria Zulkarnaen Bisri, que liderou o estudo RIKEN e agora é professor associado na Universidade de Agricultura e Tecnologia de Tóquio.

Uma nova visão dos pontos quânticos

Bisri explica que, para melhorar a condutividade dos pontos quânticos, precisamos vê-los de uma maneira diferente – não como objetos esféricos, como é o caso atualmente, mas como pedaços de matéria com um conjunto de propriedades cristalográficas únicas herdadas de sua estrutura cristalina composta. . “A uniformidade de orientação dos pontos quânticos também é importante”, diz ele. “Entender isso nos permitiu formular uma maneira de controlar a montagem dos pontos quânticos ajustando a interação entre as facetas dos pontos quânticos vizinhos.”

Os pesquisadores fizeram suas montagens de pontos quânticos, ou superredes, criando o que é conhecido como filme de Langmuir. Bisri descreve esse processo como um pouco como borrifar óleo na superfície da água e deixá-lo se espalhar em uma camada muito fina. Em seu experimento, o “óleo” são os pontos quânticos, enquanto a “água” é um solvente que ajuda os pontos a se conectarem seletivamente, por meio de certas facetas, para formar uma monocamada ordenada ou superrede.

“As boas propriedades dessa superrede monocamada são que a ordem em grande escala e a orientação coerente dos blocos de construção de pontos quânticos minimizam os distúrbios energéticos em toda a montagem”, diz Bisri Mundo da física. “Isso permite um controle mais preciso sobre as propriedades eletrônicas dos pontos.”

Os pesquisadores do RIKEN descobriram que poderiam tornar seu sistema até um milhão de vezes mais condutivo do que conjuntos de pontos quânticos que não eram conectados epitaxialmente dessa maneira. Bisri explica que esse aumento na condutividade está associado a um aumento no nível de dopagem dos portadores de carga no sistema. Nessa dopagem mais elevada, o transporte de carga de um ponto quântico a outro não é mais regido por um processo de transporte hopping (como ocorre em um isolante), mas por um mecanismo de transporte deslocalizado através de minibandas eletrônicas – “da mesma forma que ocorreria em um material metálico ”, diz Bisri.

Simetria de elétron-buraco em pontos quânticos mostra promessa para computação quântica

Dispositivos eletrônicos mais rápidos e eficientes

Alta condutividade e comportamento metálico em pontos quânticos coloidais semicondutores podem trazer vantagens significativas para dispositivos eletrônicos, possibilitando o desenvolvimento de transistores, células solares, termoelétricas, displays e sensores (incluindo fotodetectores) mais rápidos e eficientes, acrescenta Bisri. Os materiais também podem ser usados ​​para investigar fenômenos físicos fundamentais, como estados fortemente correlacionados e topológicos.

Os pesquisadores agora planejam estudar outros compostos de pontos quânticos. “Também gostaríamos de obter um comportamento metálico semelhante ou até melhor usando outros meios além do doping induzido por campo elétrico”, revela Bisri.

Eles detalham seu trabalho atual em Natureza das Comunicações.

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