Potentiellt banar vägen mot avancerade datorer, lasrar eller optiska enheter, Forskare från University of Wisconsin-Madison har avslöjat nya effekter i små elektroniska enheter som kallas kvantprickar.

I deras arbete, publicerades nyligen i tidningen Nano bokstäver , forskarna utvecklade och tillämpade analysmetoder som hjälper till att svara på andra utmanande frågor för att utveckla elektroniskt material.

"Vi kan nu titta på en uppsättning strukturer som människor inte kunde titta på tidigare, "säger Paul Evans, professor i materialvetenskap och teknik vid UW-Madison. "I dessa strukturer, det finns nya uppsättningar av avgörande materialproblem som vi tidigare inte kunde tänka oss att lösa. "

Strukturerna Evans och kollegor tittade på är tusentals gånger smalare än enstaka pappersark, och mindre än dimensionerna för enskilda mänskliga celler. I dessa strukturer, kvantprickar bildas inuti mycket tunna staplar av kristallina material toppade av ett asymmetriskt arrangemang av platta, spetsigt, fingerliknande metallelektroder. Mellan spetsen på de metalliska fingrarna finns små utrymmen som innehåller kvantprickar.

Att skapa så exakta strukturer och kika in i dessa små utrymmen är tekniskt utmanande, dock, och kvantprickar beter sig inte alltid som förväntat.

Tidigare arbete av Evans medarbetare vid Delft University of Technology i Nederländerna, som skapade och utförligt studerade kristallstapelstrukturerna, ledde till misstankar om att kvantprickarna på olika sätt skilde sig från det som hade utformats.

Tills nu, det var inte möjligt att mäta dessa skillnader.

"Tidigare avbildningsmetoder och modellering tillät inte människor att strukturellt karaktärisera quantum dot -enheter i denna lilla skala, "säger Anastasios Pateras, en postdoktor i Evans grupp och tidningens första författare.

Pateras och kollegor var banbrytande för en strategi för att använda strålar av mycket tätt fokuserade röntgenstrålar för att karakterisera kvantpunktenheterna-och det ledde till en ny metod för att tolka hur röntgenstrålarna sprids. Med hjälp av deras tillvägagångssätt, de observerade förändringar i avståndet och orienteringen av atomlager inom kvantprickarna.

"Quantum dots måste vara nära perfekta, "säger Evans." Denna lilla avvikelse från perfektion är viktig. "

Teamets upptäckt indikerar att processen med att skapa kvantprickarna-lägga ned metalliska elektroder ovanpå en kristall som odlats i laboratoriet-förvränger materialet under något. Denna puckering skapar belastning i materialet, vilket leder till små snedvridningar av kvantprickarna. Att förstå och utnyttja denna effekt kan hjälpa forskare att skapa bättre uppförda kvantpunkter.

"När du väl känner till dessa mängder, då kan du designa enheter som tar hänsyn till den strukturen, säger Evans.

Utformningar med dessa små brister i åtanke kommer att vara särskilt viktiga för framtida enheter där många tusentals kvantprickar alla måste fungera tillsammans.

"Det här kommer att bli mycket relevant eftersom, just nu, det finns flera källor till dekoherens kvantprickar, säger Pateras.

Forskarna utvecklar nu en algoritm för att automatiskt visualisera atompositioner i kristaller från röntgenspridningsmönster, med tanke på att det är för tidskrävande att utföra de nödvändiga beräkningarna för hand. Dessutom, de utforskar hur teknikerna kan ge insikt till andra svårstudierade strukturer.