Net zoals de monokristallijne siliciumwafel 60 jaar geleden de aard van communicatie voor altijd veranderde, een groep Cornell-onderzoekers hoopt dat hun werk met vaste kwantumdots - kristallen gemaakt van kristallen - kan helpen een nieuw tijdperk in de elektronica in te luiden.

Het team, onder leiding van Tobias Hanrath, universitair hoofddocent aan de Robert Frederick Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering, en afgestudeerde student Kevin Whitham, heeft tweedimensionale suprastructuren gemaakt van monokristallijne bouwstenen. Door een paar chemische processen, de lood-selenium nanokristallen worden gesynthetiseerd tot grotere kristallen, vervolgens samengesmolten om atomair coherente vierkante superroosters te vormen.

Het verschil tussen deze en eerdere kristallijne structuren is de atomaire samenhang van elk 5 nanometer kristal (een nanometer is een miljardste van een meter). Ze zijn niet verbonden door een substantie tussen elk kristal - ze zijn met elkaar verbonden. De elektrische eigenschappen van deze superstructuren zijn potentieel superieur aan bestaande halfgeleider nanokristallen, met verwachte toepassingen in energieabsorptie en lichtemissie.

"Voor zover het niveau van perfectie, in termen van het maken van de bouwstenen en het verbinden ervan tot deze bovenbouw, dat is waarschijnlijk zo ver als je het kunt duwen, "Hanrat zei, verwijzend naar de atomaire precisie van het proces.

De krant van de Hanrath-groep, "Ladingstransport en lokalisatie in atomair coherente kwantumdot-vaste stoffen, " is gepubliceerd in het nummer van deze maand van Natuurmaterialen .

Dit laatste werk is voortgekomen uit eerder gepubliceerd onderzoek door de Hanrath-groep, inclusief een paper uit 2013 gepubliceerd in Nano-letters die een nieuwe benadering rapporteerde om kwantumstippen te verbinden door gecontroleerde verplaatsing van een connectormolecuul, een ligand genoemd. Dat artikel verwees naar "het verbinden van de punten" - d.w.z. het elektronisch koppelen van elke kwantumpunt - als een van de meest hardnekkige hindernissen die overwonnen moeten worden.

Die barrière lijkt met dit nieuwe onderzoek te zijn weggenomen. De sterke koppeling van de nanokristallen leidt tot de vorming van energiebanden die kunnen worden gemanipuleerd op basis van de samenstelling van de kristallen, en zou de eerste stap kunnen zijn naar het ontdekken en ontwikkelen van andere kunstmatige materialen met een controleerbare elektronische structuur.

Nog altijd, Whitham zei, er moet meer werk worden verzet om het werk van de groep van het lab naar de samenleving te brengen. De structuur van het superrooster van de Hanrath-groep, terwijl superieur aan ligand-verbonden nanokristal vaste stoffen, heeft nog steeds meerdere bronnen van wanorde vanwege het feit dat niet alle nanokristallen identiek zijn. Hierdoor ontstaan ​​gebreken, die de elektronengolffunctie beperken.

"Ik zie dit artikel als een soort uitdaging voor andere onderzoekers om dit naar een ander niveau te tillen, Whitham zei. "Dit is voor zover we weten hoe we het nu moeten pushen, maar als iemand met wat technologie zou komen, wat scheikunde, om nog een sprong voorwaarts te maken, dit is een soort uitdaging voor andere mensen om te zeggen, 'Hoe kunnen we dit beter doen?'"

Hanrath zei dat de ontdekking op twee manieren kan worden bekeken:afhankelijk van of je het glas als halfleeg of halfvol ziet.

"Het is het equivalent van zeggen:'Nu hebben we een hele grote eenkristalwafel van silicium gemaakt, en je kunt er goede dingen mee doen, '" hij zei, verwijzend naar de baanbrekende communicatie-ontdekking van de jaren vijftig. "Dat is het goede deel, maar het potentieel slechte deel ervan is, we begrijpen nu beter dat als u onze resultaten wilt verbeteren, die uitdagingen zullen echt zijn, echt moeilijk."