(Phys.org)—Forskare från U.S. Department of Energys National Renewable Energy Laboratory och andra laboratorier har visat en process där kvantprickar kan självmontera på optimala platser i nanotrådar, ett genombrott som kan förbättra solceller, kvantberäkning, och belysningsanordningar.
Ett papper om den nya tekniken, "Självmonterade Quantum Dots i ett nanotrådssystem för Quantum Photonics, " visas i det aktuella numret av den vetenskapliga tidskriften Naturmaterial .
Kvantpunkter är små kristaller av halvledare på några miljarddels meter i diameter. I den storleken uppvisar de fördelaktiga beteenden av kvantfysik som att bilda elektron-hålpar och skörda överskottsenergi.
Forskarna demonstrerade hur kvantprickar kan självmontera i spetsen av gränssnittet galliumarsenid/aluminium galliumarsenid kärna/skal nanotråd. Avgörande, kvantprickarna, förutom att vara mycket stabil, kan placeras exakt i förhållande till nanotrådens centrum. Den precisionen, kombinerat med materialens förmåga att ge kvantinneslutning för både elektronerna och hålen, gör tillvägagångssättet till en potentiell spelväxlare.
Elektroner och hål befinner sig vanligtvis i den lägsta energipositionen inom gränserna för högenergimaterial i nanostrukturerna. Men i den nya demonstrationen, elektronen och hålet, överlappar på ett nästan idealiskt sätt, är begränsade i själva kvantpunkten vid hög energi snarare än belägna vid de lägsta energitillstånden. I detta fall, det är gallium-arsenidkärnan. Det är som att slå i ögat snarare än i periferin.
Kvantprickarna, som ett resultat, är mycket ljusa, spektralt smala och mycket anti-klumpade, uppvisar utmärkta optiska egenskaper även när de är belägna bara några nanometer från ytan – en funktion som till och med överraskade forskarna.
"Några schweiziska forskare meddelade att de hade uppnått detta, men forskare vid konferensen hade svårt att tro det, " sa NREL senior forskare Jun-Wei Luo, en av medförfattarna till studien. Luo började arbeta med att konstruera ett quantum-dot-in-nanowire system med hjälp av NREL:s superdator och kunde visa att trots det faktum att de övergripande bandkanterna bildas av galliumarsenidkärnan, de tunna aluminiumrika barriärerna ger kvantinneslutning både för elektronerna och hålen inuti den aluminiumfattiga kvantpunkten. Det förklarar ursprunget till de mycket ovanliga optiska övergångarna.
Flera praktiska tillämpningar är möjliga. Det faktum att stabila kvantprickar kan placeras mycket nära nanometrarnas yta höjer en enorm potential för deras användning för att detektera lokala elektriska och magnetiska fält. Kvantprickarna kan också användas för att ladda omvandlare för bättre ljusskörd, som i fallet med fotovoltaiska celler.
