ساخت فراماده با استفاده از نقاط کوانتومی مرتب شده

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما، نقاط کوانتومی خوشه‌هایی از حدود ۱۰۰۰ اتم هستند که به عنوان یک «ابر اتم» بزرگ عمل می‌کنند. طراحی دقیق خواص الکترونیکی این نقاط تنها با تغییر اندازه آن‌ها امکان‌پذیر است. با این حال، برای ایجاد دستگاه‌های کاربردی، تعداد زیادی از نقاط باید در یک ماده جدید ترکیب شوند. در این فرآیند، اغلب ویژگی‌های نقاط از بین می‌رود. اکنون، تیمی به سرپرستی استاد فتوفیزیک و اپتوالکترونیک دانشگاه گرونینگن، موفق به ساخت یک فراماده الکترونیک نوری بسیار رسانا از طریق خود سازمان‌دهی شده است. 

نقاط کوانتومی PbSe (سلنید سرب) یا PbS (سولفید سرب) می‌توانند نور مادون قرمز موج کوتاه را به جریان الکتریکی تبدیل کنند. این یک ویژگی مفید برای ساخت آشکارساز‌ها یا سوئیچ برای مخابرات است. با این حال، یک نقطه نمی‌تواند دستگاهی را بسازد. وقتی نقاط با هم ترکیب می‌شوند، این مجموعه اغلب ویژگی‌های نوری منحصربه‌فرد نقاط منفرد را از دست می‌دهد، یا اگر آن‌ها را حفظ کنند، ظرفیت آن‌ها برای انتقال حامل‌های بار بسیار ضعیف می‌شود. این به این دلیل است که ایجاد یک ماده مرتب شده از نقطه‌ها دشوار است.

محققان موسسه مواد پیشرفته Zernike در دانشکده علوم و مهندسی دانشگاه گرونینگن، روشی را آزمایش کردند که امکان تولید یک فراماده از محلول کلوئیدی نقاط کوانتومی را فراهم می‌کرد. این نقاط که هر کدام حدود پنج تا شش نانومتر اندازه دارند، هنگام جمع‌آوری در یک آرایه مرتب، رسانایی بسیار بالایی از خود نشان می‌دهند و در عین حال خواص نوری خود را حفظ می‌کنند.

محققان این موسسه بیان کردند: ما از روی مقالات منتشر شده، می‌دانستیم که نقاط کوانتومی می‌توانند به صورت خودسازماندهی شده به لایه‌ای دو بعدی و منظم تبدیل شوند. ما می‌خواستیم این ساختار را به یک ماده سه‌بعدی گسترش دهیم. 

نقاط در مایع غوطه ور نمی‌شوند، بلکه روی سطح جهت‌گیری می‌کنند تا به حالت انرژی کم برسند. نقاط شکل مکعبی بریده‌ای دارند و وقتی در کنار هم قرار می‌گیرند، ساختاری منظم در سه‌بعدی را تشکیل می‌دهند. لوی توضیح می‌دهد که یک ابرشبکه، که در آن نقاط مانند اتم‌های یک بلور عمل می‌کنند. این ابرشبکه که توسط ابر اتم‌های نقطه کوانتومی تشکیل شده است، بالاترین تحرک الکترون گزارش شده برای مجموعه‌های نقطه کوانتومی را نشان می‌دهند.

اندازه‌گیری‌های خواص الکترونیکی این ماده نشان می‌دهد که این ماده بسیار شبیه به یک نیمه‌رسانای حجیم است، اما خواص نوری نقاط کوانتومی را دارد. بنابراین، این آزمایش راه را برای ایجاد فرامواد جدید بر اساس نقاط کوانتومی هموار می‌کند.

جزئیات مربوط به فرآیند ساخت این فراماده در مجله Advanced Materials، توضیح داده شده است.