Onderzoekers van het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) werken aan het maken van betere elektronische apparaten door zich te verdiepen in de manier waarop nanokristallen erin zijn gerangschikt.

Nanokristallen zijn veelbelovende bouwstenen voor nieuwe en verbeterde elektronische apparaten, vanwege hun grootte-afstembare eigenschappen en het vermogen om tegen lage kosten in apparaten te integreren.

Hoewel de structuur van nanokristallen uitgebreid is bestudeerd, niemand heeft het volledige montageproces kunnen bekijken.

Dat is waar LLNL-wetenschappers Christine Orme, Yixuan Yu, Babak Sadigh en een collega van de Universiteit van Californië, Los Angeles, kom binnen.

"We denken dat de situatie kan worden verbeterd als gedetailleerde kwantitatieve informatie over het assemblageproces van nanokristallen kan worden geïdentificeerd en als het kristallisatieproces beter wordt gecontroleerd, " zei Orme, een LLNL materiaalwetenschapper en corresponderende auteur van een artikel dat in het tijdschrift verschijnt Natuurcommunicatie .

Nanokristallen in apparaten vormen ensembles, waarvan de collectieve fysieke eigenschappen, zoals mobiliteit van ladingdragers, afhankelijk zijn van zowel de eigenschappen van individuele nanokristallen als de manier waarop ze zijn gerangschikt. In principe, bestelde nanokristallensembles, of superroosters, zorgen voor meer controle over het ladingtransport door de vorming van minibands te vergemakkelijken. Echter, in praktijk, er zijn maar weinig apparaten op de markt die zijn gemaakt van geordende superroosters van nanokristallen.

De meeste eerdere onderzoeken maken gebruik van oplossingsverdampingsmethoden om superroosters van nanokristallen te genereren en het assemblageproces te onderzoeken terwijl het oplosmiddel geleidelijk wordt verwijderd. Het is moeilijk om kwantitatieve informatie te verkrijgen over het assemblageproces, echter, omdat het volume en de vorm van de nanokristaloplossing voortdurend op een oncontroleerbare manier verandert en de capillaire krachten de nanokristalbeweging tijdens het drogen kunnen aansturen.

Elektrisch veldgedreven groei biedt een oplossing voor dit probleem. "We hebben onlangs aangetoond dat een elektrisch veld kan worden gebruikt om de assemblage van goed geordende, 3D nanokristallen superroosters, ' zei Orme.

Omdat het elektrische veld de lokale concentratie verhoogt zonder het volume te veranderen, vorm of samenstelling van nanokristaloplossing, het kristallisatiesysteem kan kwantitatief worden onderzocht zonder complicaties die verband houden met capillaire krachten of verstrooiing door drogende grensvlakken.

Als verwacht, het team ontdekte dat het elektrische veld nanokristallen naar het oppervlak drijft, het creëren van een concentratiegradiënt die leidt tot kiemvorming en groei van superroosters. Verrassend genoeg, het veld sorteert de deeltjes ook op grootte. In essentie, het elektrische veld concentreert en zuivert de nanokristaloplossing tijdens de groei.

"Vanwege dit sorteereffect op maat, de superroosterkristallen zijn beter geordend en de grootte van de nanokristallen in het rooster kan tijdens de groei worden afgestemd, "Zei Orme. "Dit kan een handig hulpmiddel zijn voor opto-elektronische apparaten. We werken nu aan infrarooddetectoren en denken dat het een interessante strategie kan zijn om de kleur in monitoren te verbeteren."