(Phys.org) - Wetenschappers van de Universiteit van Texas in Austin en Cornell University hebben de eerste geordende arrays van silicium nanokristallen gefabriceerd die tot nu toe zijn gerapporteerd. Brian A. Korgel en collega's ontwikkelden een nieuwe chemische methode om kleine siliciumkristallen - of kwantumstippen - met een nauwkeurig gecontroleerde grootte te genereren en vertrouwden vervolgens op de natuur om ze in reguliere structuren te organiseren. De nieuwe zelf-geassembleerde arrays, gepresenteerd in het tijdschrift ChemPhysChem , zou onderzoekers kunnen helpen de veelbelovende lichtemitterende eigenschappen van een van de commercieel meest belangrijke halfgeleiders te benutten.

Bulksilicium wordt gebruikt in een breed scala aan toepassingen, voornamelijk in de elektronica-industrie, maar het is een zwakke lichtabsorbeerder en een extreem slechte lichtzender, het is dus niet geschikt voor toepassingen die lichtemissie vereisen. Deze eigenschappen veranderen wanneer het kristal krimpt tot op nanoschaal. Si-kwantumdots kunnen zeer heldere zichtbare luminescentie vertonen met een op grootte instelbare kleur, wat ze interessant maakt voor de fabricage van light-emitting diodes (LED's) - of zelfs als mogelijke laserbron. De afgelopen jaren is er veel belangstelling geweest om deze unieke eigenschappen te begrijpen en te gebruiken om nieuwe technologieën te creëren.

Echter, de meeste toepassingen vereisen arrays van nanokristallen, en hoewel er pogingen zijn gedaan om ze te fabriceren, de verzamelingen Si-kwantumdots die tot nu toe zijn verkregen, zijn ontregeld, meestal met een aanzienlijke grootteverdeling. Korgel en collega's hebben nu een nieuwe chemische methode ontwikkeld waarmee ze monodisperse siliciumdeeltjes kunnen verkrijgen in het exacte groottebereik dat nodig is voor eigenschappen op nanoschaal, zoals heldere lichtemissie. "We hebben de eerste bestelde arrays gemaakt, of superroosters, van siliciumkristallen op nanoschaal. Deze verzamelingen van kleine siliciumkristallen zijn zelf-geassembleerd - ongeveer op dezelfde manier als macromoleculen zelf-assembleren in levende organismen", zegt Korgel. "Dit is nodig omdat de afmetingen veel te klein zijn om te worden verkregen met conventionele middelen zoals de lithografische patroontechnieken die worden gebruikt om geïntegreerde schakelingen te maken", hij voegt toe. De wetenschappers ontdekten ook dat de nieuwe superroosters van Si-nanokristallen veel thermisch stabieler zijn dan andere soorten superroosters van nanokristallen die eerder zijn gemeld.

Korgel's team synthetiseerde Si-nanokristallen door thermische ontleding van waterstofsilsesquioxaan (HSQ), gevolgd door etsen met HF, reactie met 1-dodeceen, en grootte-selectieve precipitatie van de verkregen nanodeeltjes. De kwantumdots werden vervolgens gedispergeerd in chloroform en uiteindelijk druppelgegoten. Twee bekende technieken - transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) en grazing-incidence small-angle X-ray scattering (GISAXS) - werden toegepast om de ordening van de nanokristallen te bestuderen. "Omdat de volgorde in deze arrangementen de eigenschappen van de nanomaterialen kan beïnvloeden, silicium quantum dot superroosters bieden een nieuwe speelplaats voor het begrijpen en manipuleren van de eigenschappen van silicium op nieuwe en unieke manieren", zegt Korgel.