Osaka City University forskare och kollegor i Japan har hittat ett sätt att kontrollera en interaktion mellan kvantprickar som avsevärt kan förbättra laddningstransporten, leder till effektivare solceller. Deras resultat publicerades i tidskriften Naturkommunikation .

Nanomaterials ingenjör DaeGwi Kim ledde ett team av forskare vid Osaka City University, RIKEN Center for Emergent Matter Science och Kyoto University för att undersöka sätt att kontrollera en egenskap som kallas kvantresonans i skiktade strukturer av kvantpunkter som kallas supergitter.

"Vår enkla metod för finjustering av kvantresonans är ett viktigt bidrag till både optiska material och nanoskala materialbearbetning, säger Kim.

Kvantpunkter är nanometerstora halvledarpartiklar med intressanta optiska och elektroniska egenskaper. När ljus lyser på dem, till exempel, de avger starkt ljus vid rumstemperatur, en egenskap som kallas fotoluminescens. När kvantprickar är tillräckligt nära varandra, deras elektroniska tillstånd är kopplade, ett fenomen som kallas kvantresonans. Detta förbättrar avsevärt deras förmåga att transportera elektroner mellan dem. Forskare har velat tillverka enheter med denna interaktion, inklusive solceller, displayteknik, och termoelektriska anordningar.

Dock, de har hittills haft svårt att kontrollera avstånden mellan kvantprickar i 1D, 2-D och 3-D strukturer. Nuvarande tillverkningsprocesser använder långa ligander för att hålla ihop kvantprickar, vilket hindrar deras interaktioner.

Kim och hans kollegor fann att de kunde upptäcka och kontrollera kvantresonans genom att använda kadmiumtellurid-kvantprickar kopplade till korta N-acetyl-L-cysteinligander. De kontrollerade avståndet mellan kvantpricklagren genom att placera ett distansskikt mellan dem gjorda av motsatt laddade polyelektrolyter. Kvantresonans detekteras mellan staplade punkter när distansskiktet är tunnare än två nanometer. Forskarna kontrollerade också avståndet mellan kvantprickar i ett enda lager, och därmed kvantresonans, genom att ändra koncentrationen av kvantprickar som används i skiktningsprocessen.

Teamet planerar nästa att studera de optiska egenskaperna, speciellt fotoluminescens, av kvantpunktssupergitter gjorda med deras lager-för-lager-tillvägagångssätt. "Detta är extremt viktigt för att förverkliga nya optiska elektroniska enheter gjorda med kvantpunktssupergitter, säger Kim.

Kim tillägger att deras tillverkningsmetod kan användas med andra typer av vattenlösliga kvantprickar och nanopartiklar. "Kombinera olika typer av halvledarkvantprickar, eller kombinera halvledarkvantprickar med andra nanopartiklar, kommer att utöka möjligheterna för ny materialdesign, säger Kim.