(Vänster) En helt isolerad NC studeras med hjälp av en elektronstråle (EELS), för att bestämma dess bandgapenergi. (Höger) En NC av samma storlek omgiven av grannar undersöks på liknande sätt, för vilken den uppmätta bandgapsenergin är annorlunda. Därav, det måste finnas en koppling mellan angränsande NC:er för att de ska kunna "genomsnitta" sina bandgap-energier. Kredit:Universiteit van Amsterdam (UVA)
Forskare från University of Amsterdam (UvA), i samarbete med japanska partners, har bestämt sambandet mellan bandgap-energin hos enkla cesiumblybromidnanokristaller (CsPbBr 3 NC) och deras storlek och form. Genom att studera enskilda NC som antingen är isolerade eller omgivna av "grannar", de visualiserade explicit för första gången bandstrukturmodifiering införd genom effektiv koppling mellan halvledar-NC:er vid nära kontakt.
Nanokristaller och perovskiter
NC är extremt små, ungefär tusen gånger mindre än bredden på ett människohår. På grund av deras ringa storlek, kristallernas energistruktur skiljer sig dramatiskt från bulkmaterialets. Faktiskt, bandgapsenergin beror på NC-storleken.
Termen "perovskites" hänvisar till klassen av material med en kristallstruktur i formen ABX3, och är uppkallade efter den ryske mineralogen Lev Perovski. Nyligen, perovskites drar till sig mycket uppmärksamhet på grund av deras potential för högeffektiva och billiga solceller. I CsPbBr3 NCs, fördelarna med perovskites och NCs kombineras, och de är därför ett lovande material för olika optoelektroniska tillämpningar.
Experimentupplägget
Den senaste tekniken som forskarna använde, kallas lågförlustelektronenergiförlustspektroskopi (EELS) och uppstår från lågenergiexcitationer, dvs valenselektroner. Det är därför en analogi till absorptionsspektroskopi. Genom att använda EELS tillsammans med ett scanning electron transmission (STEM) mikroskop med ultrahög specialupplösning, gör det möjligt för forskarna att mäta NC-dimensionerna och läget med unik hög precision, parallellt. På det sättet, energiabsorptionen kartläggs direkt på enskilda NC:er som antingen är inbäddade i en ensemble (de har grannar) eller är helt isolerade. På det sättet, ett intimt samband mellan NC-storleken, form och energibandgap etableras.
Interaktion och koppling mellan proximala nanokristaller
Genom att bestämma energibandgapet för många individuella nanokristaller som en funktion av deras storlek, forskarna har funnit att små isolerade NC:er verkar ha en högre bandgap-energi jämfört med en NC av samma storlek omgiven av grannar. Och omvänt, en stor NC har lägre bandgap energi om den är isolerad än när den är inbäddad i en ensemble. Deras resultat visar att två intilliggande NC:er inte bara "smälter ihop" vid interaktion och poserar som en större kristall, utan snarare "genomsnittliga" deras bandgap. Detta ger direkta bevis på en effektiv koppling mellan NCs där deras energibandgap och därmed energistruktur, påverkas av grannarna. Dessa unika insikter i det interagerande beteendet hos angränsande NC banar väg för målmedveten utformning av stora kvantstrukturer och kvantprickfasta material, bestående av NC:er med selektiva egenskaper som fungerar som byggstenar.
