Quantum dot solids:Denne generation af siliciumwafer?

Ligesom single-krystal silicium wafer for altid ændrede karakteren af ​​kommunikation for 60 år siden, en gruppe Cornell-forskere håber, at deres arbejde med kvantepunktfaste stoffer - krystaller lavet af krystaller - kan hjælpe med at indlede en ny æra inden for elektronik.

Holdet, ledet af Tobias Hanrath, lektor ved Robert Frederick Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering, og kandidatstuderende Kevin Whitham, har formet todimensionelle overbygninger af enkeltkrystal byggeklodser. Gennem et par kemiske processer, bly-selen nanokrystallerne syntetiseres til større krystaller, derefter smeltet sammen for at danne atomisk sammenhængende firkantede supergitter.

Forskellen mellem disse og tidligere krystallinske strukturer er den atomare sammenhæng af hver 5-nanometer krystal (en nanometer er en milliardtedel af en meter). De er ikke forbundet med et stof mellem hver krystal - de er forbundet med hinanden. De elektriske egenskaber af disse overbygninger er potentielt overlegne i forhold til eksisterende halvledernanokrystaller, med forventede anvendelser inden for energiabsorption og lysemission.

"Hvad angår perfektionsniveau, i forhold til at lave byggestenene og forbinde dem til disse overbygninger, det er nok så langt du kan skubbe det, Hanrath sagde, med henvisning til processens præcision på atomare skala.

Hanrath-gruppens papir, "Ladningstransport og lokalisering i atomisk sammenhængende kvanteprik-faststoffer, " er offentliggjort i denne måneds udgave af Naturmaterialer .

Dette seneste arbejde er vokset ud af tidligere offentliggjort forskning fra Hanrath-gruppen, herunder et papir fra 2013 udgivet i Nano bogstaver der rapporterede en ny tilgang til at forbinde kvanteprikker gennem kontrolleret forskydning af et forbindelsesmolekyle, kaldet en ligand. Det papir refererede til "at forbinde prikkerne" - dvs. elektronisk kobling af hver kvanteprik - som værende en af ​​de mest vedvarende forhindringer, der skal overvindes.

Den barriere ser ud til at være blevet fjernet med denne nye forskning. Den stærke kobling af nanokrystallerne fører til dannelse af energibånd, der kan manipuleres baseret på krystallernes sammensætning, og kunne være det første skridt mod at opdage og udvikle andre kunstige materialer med kontrollerbar elektronisk struktur.

Stadig, Whitham sagde, Der skal arbejdes mere på at bringe gruppens arbejde fra laboratoriet til samfundet. Strukturen af ​​Hanrath-gruppens supergitter, mens de er overlegne i forhold til ligand-forbundne nanokrystal faste stoffer, har stadig flere kilder til uorden på grund af det faktum, at alle nanokrystaller ikke er identiske. Dette skaber defekter, som begrænser elektronbølgefunktionen.

"Jeg ser dette papir som en slags udfordring for andre forskere til at tage dette til et andet niveau, " sagde Whitham. "Dette er så vidt vi ved, hvordan vi skal presse det nu, men hvis nogen skulle finde på noget teknologi, noget kemi, at give endnu et spring fremad, det her udfordrer andre mennesker til at sige, 'Hvordan kan vi gøre det bedre?'

Hanrath sagde, at opdagelsen kan ses på en af ​​to måder, alt efter om du ser glasset som halvtomt eller halvt fyldt.

"Det svarer til at sige, 'Nu har vi lavet en rigtig stor enkelt-krystal wafer af silicium, og du kan gøre gode ting med det, '" han sagde, der refererer til 1950'ernes skiftende kommunikations-opdagelse. "Det er den gode del, men den potentielt dårlige del af det er, vi har nu en bedre forståelse af, at hvis du ønskede at forbedre vores resultater, disse udfordringer bliver virkelig, virkelig svært."