Postavljene kvantne pike postanejo zelo prevodne – svet fizike

Sestavi kvantnih pik so ponavadi zelo neurejeni, toda ko so vidiki teh drobnih polprevodniških struktur postavljeni v vrsto kot vojaki na paradi, se zgodi nekaj čudnega: pike postanejo zelo dobre pri prevajanju elektrike. To je ugotovitev raziskovalcev na RIKEN Center za znanost o nastajajočih snoveh na Japonskem, ki pravijo, da bi lahko te urejene, kvazi-dvodimenzionalne "supermreže" kvantnih pik omogočile razvoj hitrejše in učinkovitejše elektronike.

Kvantne pike so polprevodniške strukture, ki omejujejo elektrone v vseh treh prostorskih dimenzijah. Ta omejitev pomeni, da se kvantne pike na nek način obnašajo kot posamezni kvantni delci, čeprav vsebujejo na tisoče atomov in merijo do 50 nm v premeru. Zahvaljujoč svojim lastnostim, podobnim delcem, so kvantne pike našle uporabo v številnih aplikacijah optoelektronike, vključno s sončnimi celicami, sistemi za biološko slikanje in elektronskimi zasloni.

Vendar obstaja zatika. Splošna neurejenost sklopov kvantnih pik pomeni, da nosilci naboja ne tečejo učinkovito skozi njih. Zaradi tega je njihova električna prevodnost slaba, standardne tehnike za uvajanje reda pa niso veliko pomagale. »Čeprav je vrstni red sklopov mogoče izboljšati, smo ugotovili, da to ni dovolj,« pravi Satria Zulkarnaen Bisri, ki je vodil študijo RIKEN in je zdaj izredni profesor na Tokijska univerza za kmetijstvo in tehnologijo.

Nov pogled na kvantne pike

Bisri pojasnjuje, da moramo za izboljšanje prevodnosti kvantnih pik nanje gledati drugače – ne kot na sferične predmete, kot se trenutno dogaja, temveč kot na kose snovi z nizom edinstvenih kristalografskih lastnosti, podedovanih iz njihove sestavljene kristalne strukture. . "Pomembna je tudi enotnost orientacije kvantnih pik," pravi. "Razumevanje tega nam je omogočilo, da smo oblikovali način za nadzor sestavljanja kvantnih pik s prilagoditvijo interakcije med vidiki sosednjih kvantnih pik."

Raziskovalci so izdelali svoje sklope kvantnih pik ali supermreže z ustvarjanjem tako imenovanega Langmuirjevega filma. Bisri ta proces opisuje kot nekaj podobnega kapljanju olja na površino vode in puščanju, da se razlije v zelo tanko plast. V njihovem poskusu so "olje" kvantne pike, medtem ko je "voda" topilo, ki pomaga, da se pike selektivno povežejo med seboj, prek določenih faset, da tvorijo urejeno monoplast ali supermrežo.

"Dobre lastnosti te enoslojne supermreže so, da red v velikem obsegu in koherentna orientacija gradnikov kvantnih pik zmanjšata energijske motnje v celotnem sestavu," pravi Bisri. Svet fizike. "To omogoča natančnejši nadzor nad elektronskimi lastnostmi pik."

Raziskovalci RIKEN so ugotovili, da lahko naredijo svoj sistem do milijonkrat bolj prevoden kot sklopi kvantnih pik, ki niso epitaksialno povezane na ta način. Bisri pojasnjuje, da je to povečanje prevodnosti povezano s povečanjem ravni dopinga nosilcev naboja v sistemu. Pri tem višjem dopingu prenos naboja iz ene kvantne pike v drugo ne ureja več proces skakanja (kot se dogaja v izolatorju), temveč delokaliziran transportni mehanizem prek elektronskih mini pasov – »tako kot bi se zgodilo v kovinskem materialu ,« pravi Bisri.

Simetrija elektronov in lukenj v kvantnih pikah obeta kvantno računalništvo

Hitrejše in učinkovitejše elektronske naprave

Visoka prevodnost in obnašanje kovin v polprevodniških koloidnih kvantnih pikah bi lahko prinesla pomembne prednosti za elektronske naprave, kar bi omogočilo razvoj hitrejših in učinkovitejših tranzistorjev, sončnih celic, termoelektrikov, zaslonov in senzorjev (vključno s fotodetektorji), dodaja Bisri. Materiale bi lahko uporabili tudi za raziskovanje temeljnih fizikalnih pojavov, kot so močno korelirana in topološka stanja.

Raziskovalci zdaj načrtujejo preučevanje drugih spojin s kvantnimi pikami. "Prav tako bi radi dosegli podobno ali celo boljše kovinsko obnašanje z drugimi sredstvi poleg dopinga, ki ga povzroča električno polje," razkriva Bisri.

Svoje sedanje delo podrobno opisujejo v Nature Communications.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Avtomobili/EV, Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• BlockOffsets. Posodobitev okoljskega offset lastništva. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/lined-up-quantum-dots-become-highly-conductive/