Wetenschappers van de Osaka City University en collega's in Japan hebben een manier gevonden om een ​​interactie tussen kwantumstippen te beheersen die het ladingstransport aanzienlijk zouden kunnen verbeteren, wat leidt tot efficiëntere zonnecellen. Hun bevindingen werden gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

Nanomaterialen-ingenieur DaeGwi Kim leidde een team van wetenschappers aan de Osaka City University, RIKEN Center for Emergent Matter Science en Kyoto University om manieren te onderzoeken om een ​​eigenschap genaamd kwantumresonantie te controleren in gelaagde structuren van kwantumstippen die superroosters worden genoemd.

"Onze eenvoudige methode voor het verfijnen van kwantumresonantie is een belangrijke bijdrage aan zowel optische materialen als materiaalverwerking op nanoschaal, " zegt Kim.

Quantum dots zijn halfgeleiderdeeltjes ter grootte van nanometers met interessante optische en elektronische eigenschappen. Als er licht op hen schijnt, bijvoorbeeld, ze zenden sterk licht uit bij kamertemperatuur, een eigenschap genaamd fotoluminescentie. Als kwantumstippen dicht genoeg bij elkaar liggen, hun elektronische toestanden zijn gekoppeld, een fenomeen dat kwantumresonantie wordt genoemd. Dit verbetert hun vermogen om elektronen tussen hen te transporteren aanzienlijk. Wetenschappers willen apparaten maken met behulp van deze interactie, inclusief zonnecellen, weergavetechnologieën, en thermo-elektrische apparaten.

Echter, ze hebben het tot nu toe moeilijk gevonden om de afstanden tussen kwantumstippen in 1D te controleren, 2D- en 3D-structuren. Huidige fabricageprocessen gebruiken lange liganden om kwantumstippen bij elkaar te houden, wat hun interactie belemmert.

Kim en zijn collega's ontdekten dat ze kwantumresonantie konden detecteren en beheersen met behulp van cadmiumtelluride kwantumstippen verbonden met korte N-acetyl-L-cysteïne-liganden. Ze controleerden de afstand tussen quantum dot-lagen door er een spacer-laag tussen te plaatsen, gemaakt van tegengesteld geladen polyelektrolyten. Kwantumresonantie wordt gedetecteerd tussen gestapelde stippen wanneer de afstandslaag dunner is dan twee nanometer. De wetenschappers controleerden ook de afstand tussen kwantumstippen in een enkele laag, en dus kwantumresonantie, door de concentratie van kwantumdots die in het laagvormingsproces worden gebruikt te veranderen.

Het team is van plan om de optische eigenschappen te bestuderen, vooral fotoluminescentie, van quantum dot superroosters gemaakt met behulp van hun laag-voor-laag benadering. "Dit is uiterst belangrijk voor het realiseren van nieuwe optische elektronische apparaten gemaakt met superroosters van kwantumdots, " zegt Kim.

Kim voegt eraan toe dat hun fabricagemethode kan worden gebruikt met andere soorten in water oplosbare kwantumdots en nanodeeltjes. "Het combineren van verschillende soorten halfgeleider-kwantumdots, of het combineren van halfgeleider quantum dots met andere nanodeeltjes, zal de mogelijkheden van nieuw materiaalontwerp uitbreiden, " zegt Kim.