Een beter begrip van de wetenschap die ten grondslag ligt aan bekende technieken voor het ontwikkelen van kwantumstippen - kleine halfgeleidende nanokristallen - kan het giswerk van de huidige praktijken helpen verminderen, aangezien materiaalwetenschappers ze gebruiken om betere zonnepanelen en digitale displays te maken.

Slechts miljardsten van een meter breed, kwantumdots worden routinematig in oplossing bereid en als inkt gecoat of gespoten om een ​​dunne elektrisch geleidende film te creëren die wordt gebruikt om apparaten te maken. "Maar het vinden van de beste manier om dit te doen, is een kwestie van vallen en opstaan, " zegt materiaalwetenschapper Ahmad R. Kirmani. Nu, met collega's van KAUST en de Universiteit van Toronto, Canada, hij heeft onthuld waarom bepaalde bekende technieken de filmprestaties drastisch kunnen verbeteren.

Quantum dots absorberen en zenden verschillende golflengten van licht uit, afhankelijk van hun grootte. Dit betekent dat ze kunnen worden afgesteld als zeer efficiënte absorbers in zonnepanelen, of om verschillende kleuren uit te stralen voor een display, gewoon door de kristallen groter of kleiner te maken.

De stippen worden gewoonlijk gekweekt uit lood en zwavel in oplossing. Omdat de eigenschappen van de stippen afhankelijk zijn van hun grootte, hun groei moet op het juiste punt worden gestopt, dat wordt gedaan door speciale moleculen toe te voegen om hun groei af te remmen. Ingenieurs gebruiken vaak moleculen van oliezuur, elk met 18 koolstofatomen, die hechten aan het oppervlak van het kristal, zoals haren, groei blokkeren.

Hierdoor ontstaat een oplossing van punten die geschikt zijn om te coaten tot een film. Nog, deze film is niet goed in het geleiden van elektriciteit omdat de lange zuurmoleculen de stroom van elektronen tussen nanokristallen belemmeren. Dus ingenieurs voegen kortere moleculen toe. Deze "linkers" hebben slechts ongeveer twee koolstofatomen per molecuul. De linkers vervangen de lange capping-moleculen, toenemende geleiding. "De methode wordt al een paar decennia gebruikt, maar niemand had onderzocht wat er precies gebeurde, ' zegt Kirmani.

Er achter komen, Het team van Kirmani gebruikte een microbalans om de uitwisseling van oliezuur voor linkers tijdens de overgang te volgen. Ze maten de afstand tussen de stippen door er röntgenstralen van te verstrooien, en ze registreerden ook de veranderende dikte van de film, dichtheid en optische absorptiekenmerken.

In plaats van een soepele verandering in de eigenschappen van de film te zien, ze zagen een plotselinge sprong - een faseovergang markerend. Wanneer ruwweg alle zuurmoleculen zijn verdrongen door linkers, de stippen komen abrupt dicht bij elkaar, en de geleidbaarheid schiet omhoog.

Kirmani hoopt dat andere teams zullen worden geïnspireerd om verder te onderzoeken, mogelijk door het overgangsproces ergens halverwege te stoppen en verschillende moleculen op het stipoppervlak te introduceren om te zien welke nieuwe kenmerken naar voren komen. "Er is veel potentieel om dit begrip naar nieuwe paradigma's voor nieuwe technologieën te brengen, " hij zegt.