Mønsterfejlfrie nanokrystalfilm med nanometeropløsning

Film lavet af halvleder -nanokrystaller - bittesmå krystaller, der kun måler et par milliarddeler af en meter - ses som et lovende nyt materiale til en lang række anvendelser. Nanokrystaller kunne bruges i elektroniske eller fotoniske kredsløb, detektorer til biomolekyler, eller de glødende pixels på skærme i høj opløsning. De lover også mere effektive solceller.

Størrelsen af ​​en halvleder -nanokrystal bestemmer dens elektriske og optiske egenskaber. Men det er meget svært at kontrollere placeringen af ​​nanokrystaller på en overflade for at lave strukturelt ensartede film. Typiske nanokrystalfilm har også revner, der begrænser deres anvendelighed og gør det umuligt at måle de grundlæggende egenskaber ved disse materialer.

Nu, forskere ved MIT siger, at de har fundet måder at lave fejlfrie mønstre af nanokrystalfilm, hvor filmens form og position styres med nanoskalaopløsning, potentielt åbner et betydeligt område for forskning og mulige nye applikationer.

"Vi har forsøgt at forstå, hvordan elektroner bevæger sig i arrays af disse nanokrystaller, ”Som har været vanskelig med begrænset kontrol over dannelsen af ​​arrays, siger fysiker Marc Kastner, Donner Professor of Science, dekan for MIT's School of Science og seniorforfatter af et papir, der blev offentliggjort online i tidsskriftet Nano bogstaver .

Arbejdet bygger på forskning af Moungi Bawendi, Lester Wolfe-professor i kemi ved MIT og medforfatter af dette papir, som var en af ​​de første forskere, der præcist kontrollerede nanokrystalproduktion. Sådan kontrol gjorde det muligt, blandt andet, at producere materialer, der lyser, eller fluorescens, i en række forskellige farver baseret på deres størrelser - selvom de alle er lavet af det samme materiale.

I de indledende faser af det nye arbejde, postdoc Tamar Mentzel producerede nanoskala mønstre, der udsender usynligt infrarødt lys. Men at arbejde på sådanne systemer er kedeligt, da hver finjustering skal kontrolleres ved hjælp af tidskrævende elektronmikroskopi. Så da det lykkedes Mentzel at få halvleder -nanokrystalmønstre til at lyse med synligt lys, gør dem synlige gennem et optisk mikroskop, det betød, at teamet i høj grad kunne fremskynde udviklingen af ​​den nye teknologi. "Selvom nanoskala -mønstrene er under opløsningsgrænsen for det optiske mikroskop, nanokrystaller fungerer som en lyskilde, gør dem synlige, ”Siger Mentzel.

Den elektriske ledningsevne for forskernes fejlfri film er cirka 180 gange større end for de revnede film fremstillet ved konventionelle metoder. Ud over, processen udviklet af MIT -teamet har allerede gjort det muligt at skabe mønstre på en siliciumoverflade, der kun er 30 nanometer på tværs - omtrent på størrelse med de fineste funktioner muligt med nuværende fremstillingsteknikker.

Processen er unik i fremstilling af så små mønstre af fejlfrie film, Siger Mentzel. ”Tricket var at få filmen til at være ensartet, og at klæbe ”til siliciumdioxid -substratet, Tilføjer Kastner. Det blev opnået ved at efterlade et tyndt lag polymer til at belægge overfladen, før lag af nanokrystaller lagde oven på den. Forskerne formoder, at bittesmå organiske molekyler på overfladen af ​​nanokrystaller hjælper dem med at binde sig til polymerlaget.

Sådanne nanokrystalmønstre kan have mange applikationer, Siger Kastner. Fordi disse nanokrystaller kan indstilles ikke kun til at udsende, men også til at absorbere et bredt spektrum af lysfarver, de kunne muliggøre en ny slags bredspektret solcelle, han siger.

Men Kastner og Mentzels personlige interesse har mere at gøre med grundlæggende fysik:Da de små krystaller opfører sig næsten som overdimensionerede atomer, forskerne sigter mod at bruge arrays til at studere grundlæggende processer af faste stoffer, Siger Mentzel. Succesen med denne teknik har allerede muliggjort ny forskning om, hvordan elektroner bevæger sig i filmene.

Sådanne materialer kan også bruges til at udvikle følsomme detektorer for små mængder af visse biologiske molekyler, enten som screeningssystemer for toksiner eller som medicinsk testudstyr, siger forskerne.

Douglas Natelson, en professor i fysik og astronomi ved Rice University, der ikke var involveret i dette arbejde, siger, ”Udfordringen tidligere har været at opnå tynde, ensartede film, mønstret i høj opløsning, med god kontakt mellem nanokrystaller og ingen revner. ”MIT -teamets tilgang, han siger, ”Mens det er vildledende enkelt i udseende, opfylder alle disse mål. ”

Natelson tilføjer:”Jeg synes, det er en meget flot præstation. Fluorescensbillederne, der viser de nanopatronede film, er iøjnefaldende, især for dem, der ved, hvor hårdt det er. ”

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT -forskning, innovation og undervisning.