Bättre förståelse för vetenskapen som ligger till grund för välkända tekniker för att utveckla kvantprickar - små halvledande nanokristaller - kan hjälpa till att minska gissningen av nuvarande praxis eftersom materialforskare använder dem för att göra bättre solpaneler och digitala displayer.

Bara miljarddels meter i diameter, kvantprickar framställs rutinmässigt i lösning och beläggs eller sprayas som bläck för att skapa en tunn elektriskt ledande film som används för att tillverka enheter. "Men att hitta det bästa sättet att göra detta har varit en fråga om försök och misstag, säger materialforskaren Ahmad R. Kirmani. Nu, med kollegor vid KAUST och University of Toronto, Kanada, han har avslöjat varför vissa välkända tekniker dramatiskt kan förbättra filmens prestanda.

Kvantprickar absorberar och avger olika våglängder av ljus beroende på deras storlek. Detta innebär att de kan ställas in för att vara högeffektiva absorbenter i solpaneler, eller för att avge olika färger för en display, bara genom att göra kristallerna större eller mindre.

Prickarna odlas vanligtvis av bly och svavel i lösning. Eftersom prickarnas egenskaper beror på deras storlek, deras tillväxt måste stoppas vid rätt punkt, vilket görs genom att lägga till speciella molekyler för att täcka deras tillväxt. Ingenjörer använder ofta molekyler av oljesyra, var och en med 18 kolatomer, som fäster på kristallens yta, som hår, blockerar tillväxten.

Detta skapar en lösning av prickar som är lämpliga för beläggning för att skapa en film. Än, den här filmen är inte bra på att leda elektricitet eftersom de långa syramolekylerna hindrar flödet av elektroner mellan nanokristaller. Så ingenjörer lägger till kortare molekyler. Dessa "länkar" har bara cirka två kolatomer per molekyl. Länkarna ersätter de långa täckande molekylerna, ökande konduktans. "Metoden har använts i ett par decennier, men ingen hade undersökt exakt vad som händer, säger Kirmani.

Att få reda på, Kirmanis team använde en mikrobalans för att övervaka utbytet av oljesyra mot länkar under övergången. De mätte avståndet mellan prickarna genom att sprida röntgenstrålar från dem, och de spelade också in filmens ändrade tjocklek, densitet och optiska absorptionsegenskaper.

Istället för att se en jämn förändring av filmens egenskaper, de såg ett plötsligt hopp – som markerade en fasövergång. När ungefär alla syramolekyler har förskjutits av länkar, prickarna kommer plötsligt nära varandra, och konduktiviteten skjuter upp.

Kirmani hoppas att andra team kommer att bli inspirerade att undersöka ytterligare, möjligen genom att stoppa övergångsprocessen någonstans halvvägs och introducera olika molekyler till prickytan för att se vilka nya egenskaper som dyker upp. "Det finns mycket potential i att ta denna förståelse till nya paradigm för ny teknik, " han säger.