Wetenschappers van de Universiteit van Chicago en het Argonne National Laboratory hebben een nieuwe manier ontdekt om nanomaterialen nauwkeurig te modelleren, wat een nieuwe weg zou kunnen openen naar de volgende generatie van alledaagse elektronische apparaten.

Het nieuwe onderzoek, gepubliceerd 28 juli in Wetenschap , zal naar verwachting dergelijke materialen gemakkelijk beschikbaar maken voor uiteindelijk gebruik in alles, van LED-displays tot mobiele telefoons tot fotodetectoren en zonnecellen. Hoewel nanomaterialen veelbelovend zijn voor toekomstige apparaten, manieren om ze in complexe structuren in te bouwen waren beperkt en kleinschalig.

"Dit is een stap die nodig is om kwantumstippen en vele andere nanomaterialen te verplaatsen van proof-of-concept-experimenten naar echte technologie die we kunnen gebruiken, " zei co-auteur Dmitri Talapin, hoogleraar scheikunde aan UChicago en een wetenschapper bij het Center for Nanoscale Materials in Argonne. "Het verbreedt echt onze horizon."

De basis van moderne computers is een kleine schakelaar die de transistor wordt genoemd, miljarden tegelijk gemaakt door een techniek die fotolithografie wordt genoemd. Dit proces, waardoor smartphones goedkoop en alomtegenwoordig zijn geworden, snijdt een sjabloon uit een laag organisch polymeer door een "masker" met een patroon neer te leggen en het te verlichten met ultraviolet licht. Nadat het nieuwe materiaal erop is aangebracht, het polymeersjabloon wordt opgetild om het patroon te onthullen. Verschillende rondes van dergelijke patronen bouwen een miniatuurtransistor op het materiaal.

Maar de methode heeft zijn beperkingen. Slechts een paar materialen kunnen op deze manier van een patroon worden voorzien; het werd oorspronkelijk ontwikkeld voor silicium, en terwijl de halve eeuw heerschappij van silicium over elektronica zijn einde nadert, wetenschappers kijken vooruit naar de volgende materialen.

Een van die interessegebieden is nanomaterialen:minuscule kristallen van metalen of halfgeleiders. Op deze schaal, ze kunnen unieke en nuttige eigenschappen hebben, maar het was moeilijk om er apparaten van te maken.

De nieuwe techniek, genaamd DOLFIN, maakt verschillende nanomaterialen rechtstreeks tot "inkt" in een proces dat de noodzaak om een ​​polymeerstencil neer te leggen omzeilt. Talapin en zijn team ontwierpen zorgvuldig chemische coatings voor individuele deeltjes. Deze coatings reageren met licht, dus als je licht schijnt door een masker met een patroon, het licht zal het patroon rechtstreeks overbrengen naar de laag nanodeeltjes eronder en ze in bruikbare apparaten aansluiten.

"We ontdekten dat de kwaliteit van de patronen vergelijkbaar was met die gemaakt met de modernste technieken, " zei hoofdauteur Yuanyuan Wang, postdoctoraal onderzoeker bij UChicago. "Het kan worden gebruikt met een breed scala aan materialen, inclusief halfgeleiders, metalen, oxiden of magnetische materialen - allemaal veel gebruikt in de elektronicaproductie."