Forbedring af quantum dot -interaktioner, et lag ad gangen

Forskere og kolleger fra Osaka City University i Japan har fundet en måde at kontrollere en interaktion mellem kvanteprikker på, som i høj grad kan forbedre ladningstransporten, fører til mere effektive solceller. Deres resultater blev offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation .

Nanomaterialeingeniør DaeGwi Kim ledede et team af forskere ved Osaka City University, RIKEN Center for Emergent Matter Science og Kyoto University for at undersøge måder at styre en egenskab kaldet kvanteresonans i lagdelte strukturer af kvantepunkter kaldet superlattices.

"Vores enkle metode til finjustering af kvanteresonans er et vigtigt bidrag til både optiske materialer og nanoskala-materialebehandling, " siger Kim.

Quantum dots er halvlederpartikler i nanometerstørrelse med interessante optiske og elektroniske egenskaber. Når lyset skinner på dem, for eksempel, de udsender stærkt lys ved stuetemperatur, en egenskab kaldet fotoluminescens. Når kvantepunkter er tæt nok på hinanden, deres elektroniske tilstande er koblet, et fænomen kaldet kvanteresonans. Dette forbedrer deres evne til at transportere elektroner stærkt mellem dem. Forskere har ønsket at fremstille enheder ved hjælp af denne interaktion, herunder solceller, displayteknologier, og termoelektriske enheder.

Imidlertid, de har hidtil haft svært ved at kontrollere afstanden mellem kvantepunkter i 1D, 2-D og 3-D strukturer. Nuværende fremstillingsprocesser bruger lange ligander til at holde kvanteprikker sammen, hvilket hindrer deres interaktioner.

Kim og hans kolleger fandt ud af, at de kunne detektere og kontrollere kvanteresonans ved hjælp af cadmiumtellurid-kvantepunkter forbundet med korte N-acetyl-L-cysteinligander. De kontrollerede afstanden mellem kvantepunktlag ved at placere et afstandslag mellem dem lavet af modsat ladede polyelektrolytter. Kvanteresonans detekteres mellem stablede prikker, når afstandsstykkelaget er tyndere end to nanometer. Forskerne kontrollerede også afstanden mellem kvantepunkter i et enkelt lag, og dermed kvanteresonans, ved at ændre koncentrationen af ​​kvantepunkter, der bruges i lagdelingsprocessen.

Holdet planlægger derefter at studere de optiske egenskaber, især fotoluminescens, af quantum dot-supergitter fremstillet ved hjælp af deres lag-for-lag-tilgang. "Dette er ekstremt vigtigt for at realisere nye optiske elektroniske enheder fremstillet med quantum dot superlattices, " siger Kim.

Kim tilføjer, at deres fremstillingsmetode kan bruges med andre typer vandopløselige kvantepunkter og nanopartikler. "Kombination af forskellige typer halvlederkvantumpunkter, eller ved at kombinere halvlederkvanteprikker med andre nanopartikler, vil udvide mulighederne for nyt materialedesign, «siger Kim.