Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) forskare arbetar för att göra bättre elektroniska enheter genom att fördjupa sig i hur nanokristaller är ordnade inuti dem.

Nanokristaller är lovande byggstenar för nya och förbättrade elektroniska enheter, på grund av deras storleksinställbara egenskaper och förmåga att integreras i enheter till låg kostnad.

Medan strukturen av nanokristaller har studerats omfattande, ingen har kunnat se hela monteringsprocessen.

Det är där LLNL-forskarna Christine Orme, Yixuan Yu, Babak Sadigh och en kollega från University of California, Los Angeles kommer in.

"Vi tror att situationen kan förbättras om detaljerad kvantitativ information om nanokristallsammansättningsprocessen kunde identifieras och om kristalliseringsprocessen var bättre kontrollerad, sa Orme, en LLNL-materialforskare och motsvarande författare till en artikel som förekommer i tidskriften Naturkommunikation .

Nanokristaller inuti enheter bildar ensembler, vars kollektiva fysiska egenskaper, t.ex. mobilitet från operatören, beror på både egenskaperna hos enskilda nanokristaller och hur de är arrangerade. I princip, beställda nanokristallensembler, eller supergaller, möjliggöra mer kontroll över laddningstransporter genom att underlätta bildandet av miniband. Dock, i praktiken, få enheter byggda av beställda nanokristall-supergitter finns på marknaden.

De flesta tidigare studier använder lösningsförångningsmetoder för att generera nanokristall-supergitter och undersöka monteringsprocessen när lösningsmedlet gradvis avlägsnas. Det är svårt att få kvantitativ information om monteringsprocessen, dock, eftersom volymen och formen på nanokristalllösningen ständigt förändras på ett okontrollerbart sätt och kapillärkrafterna kan driva nanokristallrörelser under torkning.

Elektrisk fältdriven tillväxt erbjuder en lösning på detta problem. "Vi har nyligen visat att ett elektriskt fält kan användas för att driva monteringen av välordnade, 3-D nanokristall supergitter, sa Orme.

Eftersom det elektriska fältet ökar den lokala koncentrationen utan att ändra volymen, form eller sammansättning av nanokristalllösning, det kristalliserande systemet kan sonderas kvantitativt utan komplikationer förknippade med kapillärkrafter eller spridning från torkningsgränssnitt.

Som väntat, teamet fann att det elektriska fältet driver nanokristaller mot ytan, skapa en koncentrationsgradient som leder till kärnbildning och tillväxt av supergitter. Förvånande, fältet sorterar också partiklarna efter storlek. I huvudsak, det elektriska fältet både koncentrerar och renar nanokristalllösningen under tillväxten.

"På grund av denna storlekssorteringseffekt, supergitterkristallerna är bättre ordnade och storleken på nanokristallerna i gittret kan justeras under tillväxt, ", sa Orme. "Det här kan vara ett användbart verktyg för optoelektroniska enheter. Vi arbetar med infraröda detektorer nu och tror att det kan vara en intressant strategi för att förbättra färgen i monitorer."