Forskere demonstrerer kvanteprikker, der samler sig selv

(Phys.org) – Forskere fra det amerikanske energiministeriums National Renewable Energy Laboratory og andre laboratorier har demonstreret en proces, hvorved kvanteprikker kan samle sig selv på optimale steder i nanotråde, et gennembrud, der kunne forbedre solceller, kvanteberegning, og belysningsanordninger.

Et papir om den nye teknologi, "Selvsamlede Quantum Dots i et Nanowire System til Quantum Photonics, " vises i det aktuelle nummer af det videnskabelige tidsskrift Naturmaterialer .

Kvanteprikker er små krystaller af halvledere på få milliardtedele meter i diameter. I den størrelse udviser de gavnlig adfærd fra kvantefysikken, såsom at danne elektron-hul-par og høste overskydende energi.

Forskerne demonstrerede, hvordan kvanteprikker kan samle sig selv ved spidsen af ​​grænsefladen mellem galliumarsenid/aluminium og galliumarsenidkerne/skal nanotråd. Afgørende, kvanteprikkerne, udover at være meget stabil, kan placeres præcist i forhold til nanotrådens centrum. Den præcision, kombineret med materialernes evne til at give kvanteindeslutning for både elektronerne og hullerne, gør tilgangen til en potentiel game-changer.

Elektroner og huller befinder sig typisk i den laveste energiposition inden for rammerne af højenergimaterialer i nanostrukturerne. Men i den nye demonstration, elektronen og hullet, overlappende på en næsten ideel måde, er begrænset i selve kvanteprikken ved høj energi i stedet for placeret ved de laveste energitilstande. I dette tilfælde, det er gallium-arsenid-kernen. Det er som at slå i øjnene i stedet for periferien.

Kvanteprikkerne, som resultat, er meget lyse, spektralt smal og meget anti-bundet, viser fremragende optiske egenskaber, selv når de er placeret kun få nanometer fra overfladen - en funktion, der endda overraskede forskerne.

"Nogle schweiziske videnskabsmænd meddelte, at de havde opnået dette, men videnskabsmænd på konferencen havde svært ved at tro det, " sagde NREL seniorforsker Jun-Wei Luo, en af ​​medforfatterne til undersøgelsen. Luo gik i gang med at konstruere et quantum-dot-in-nanowire system ved hjælp af NREL's supercomputer og var i stand til at demonstrere, at på trods af at de overordnede båndkanter er dannet af gallium-arsenid-kernen, de tynde aluminiumsrige barrierer giver kvanteindeslutning både for elektronerne og hullerne inde i den aluminiumsfattige kvanteprik. Det forklarer oprindelsen af ​​de meget usædvanlige optiske overgange.

Flere praktiske anvendelser er mulige. Det faktum, at stabile kvanteprikker kan placeres meget tæt på overfladen af ​​nanometrene, rejser et enormt potentiale for deres anvendelse til at detektere lokale elektriske og magnetiske felter. Kvanteprikkerne kunne også bruges til at oplade omformere for bedre lysindsamling, som i tilfældet med fotovoltaiske celler.