Nanokrystaller sørger for at forbedre elektronik

Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) forskere arbejder på at lave bedre elektroniske enheder ved at fordybe sig i måden nanokrystaller er arrangeret inde i dem.

Nanokrystaller er lovende byggesten til nye og forbedrede elektroniske enheder, på grund af deres størrelsesindstillelige egenskaber og evne til at integrere i enheder til en lav pris.

Mens strukturen af ​​nanokrystaller er blevet grundigt undersøgt, ingen har kunnet se hele montageprocessen.

Det er her LLNL -forskere Christine Orme, Yixuan Yu, Babak Sadigh og en kollega fra University of California, Los Angeles kommer ind.

"Vi tror, ​​at situationen kan forbedres, hvis detaljerede kvantitative oplysninger om nanokrystalmonteringsprocessen kunne identificeres, og hvis krystalliseringsprocessen blev bedre kontrolleret, sagde Orme, en LLNL -materialeforsker og tilsvarende forfatter til et papir, der optræder i tidsskriftet Naturkommunikation .

Nanokrystaller inde i enheder danner ensembler, hvis kollektive fysiske egenskaber, såsom mobilitet for ladningsbærere, afhænger af både egenskaberne for de enkelte nanokrystaller og den måde, de er arrangeret på. I princippet, bestilte nanokrystalensembler, eller supergitter, muliggøre mere kontrol med ansvarlig transport ved at lette dannelsen af ​​minibande. Imidlertid, i praksis, få enheder bygget af bestilte nanokrystal superlattices er på markedet.

De fleste tidligere undersøgelser anvender opløsningsmiddelfordampningsmetoder til at generere nanokrystal supergitter og sonde samleprocessen, da opløsningsmidlet gradvist fjernes. Det er svært at indhente kvantitativ information om samleprocessen, imidlertid, fordi volumen og form af nanokrystalopløsningen konstant ændrer sig på en ukontrollabel måde, og kapillarkræfterne kan drive nanokrystalbevægelse under tørring.

Elektrisk feltdrevet vækst tilbyder en løsning på dette problem. "Vi har for nylig demonstreret, at et elektrisk felt kan bruges til at drive samling af velordnede, 3-D nanokrystal superlattices, "Sagde Orme.

Fordi det elektriske felt øger den lokale koncentration uden at ændre lydstyrken, form eller sammensætning af nanokrystalopløsning, det krystalliserende system kan sonderes kvantitativt uden komplikationer forbundet med kapillarkræfter eller spredning fra tørringsgrænseflader.

Som forventet, teamet fandt ud af, at det elektriske felt driver nanokrystaller mod overfladen, skaber en koncentrationsgradient, der fører til nukleation og vækst af supergitter. Overraskende, feltet sorterer også partiklerne efter størrelse. I det væsentlige, det elektriske felt både koncentrerer og renser nanokrystalopløsningen under vækst.

"På grund af denne størrelsessorteringseffekt, supergitterkrystallerne er bedre ordnet, og størrelsen af ​​nanokrystaller i gitteret kan indstilles under vækst, "Orme sagde." Dette kan være et nyttigt værktøj til optoelektroniske enheder. Vi arbejder på infrarøde detektorer nu og synes, at det kan være en interessant strategi til forbedring af farven på skærme. "