Nanokrystalforbindelser kan føre til bedre elektronik, siger forskere

Kemikere og ingeniører er i dag meget interesserede i en slags nanoteknologi aktiveret af små øer af nanopartikler kaldet "kolloidale nanokrystaller". De kan være lavet af rigelige og ikke-giftige materialer, og de kan nemt tilpasses til at have en række forskellige egenskaber som funktion af deres størrelse. Afhængigt af hvordan de er bygget, kolloide nanokrystaller kan laves om til solpaneler, elektronik eller optiske enheder. Men alle disse applikationer kræver, at nanokrystaller er venlige steder, hvor elektroner kan rejse langs.

En ny undersøgelse offentliggjort i Natur nanoteknologi hjælper med at udfylde sprækkerne for forskere, der forsøger at bruge nanokrystaller til at designe bedre elektroniske og optoelektroniske enheder. Ifølge forskning fra University of Chicago, Argonne National Laboratory og Max Planck Institute for jernforskningsforskere, uorganiske forbindelser mellem selve nanopartiklerne ændrer sig og omdannes på overfladen af ​​nanopartiklerne.

Holdet fokuserede på forbindelserne mellem nanopartikler. I første omgang, videnskabsmænd brugte organiske molekyler til at forbinde dem, men disse havde en tendens til at blokere elektronernes bevægelse. Nogle nylige eksperimenter har set meget bedre resultater for uorganiske molekyler i stedet, men ingen var sikker på hvorfor. "Vi har aldrig haft en atomistisk model for adfærden af ​​disse uorganiske linkere, " sagde undersøgelsens medforfatter Giulia Galli, Liew familieprofessor i molekylær teknik og professor i kemi ved University of Chicago og seniorforsker ved Argonne.

Galli arbejdede sammen med kollegaen Dmitri Talapin, Louis Block Distinguished Service professor i kemi og en videnskabsmand ved Argonne, samt Stefan Wippermann, gruppeleder på Max Planck Institute, at udforske strukturen af ​​nanokrystaller fremstillet med disse uorganiske forbindelser.

Gennem en kombination af teori og eksperiment, holdet undrede sig over slag-for-slag af handlinger. Det viser sig, at linkermolekylerne reagerer, hvor de er fastgjort og danner en slags lim, som påvirker nanopartiklernes egenskaber. "I stedet for at hver især har separate identiteter, det hele bør virkelig betragtes som et komplekst nanomateriale, " sagde Galli. "Dette var helt anderledes end hvad man troede."

"Den komplette model af nanopartiklernes strukturelle egenskaber burde hjælpe forskere og ingeniører, når de forsøger at designe materialer til bedre og mindre giftig elektronik, solpaneler og mere, sagde Wippermann, der ledede undersøgelsen.

"Det beregningsmaskineri, der blev udviklet under denne undersøgelse, er ret unikt og bør kunne anvendes på en bred vifte af nanostrukturerede materialer, der indeholder både krystallinske og amorfe komponenter, " sagde Talapin.