نقاط کوانتومی برای استفاده در صنعت الکترونیک آینده

پژوهشگران روشی برای مطالعه نقاط کوانتومی ارائه کردند که بینش آن‌ها را در این حوزه به حدی ارتقا می‌دهد که مسیر برای استفاده از این نانومواد در ادوات الکترونیکی نسل بعد هموار می‌شود.

کد خبر: ۹۲۸۵۸۰

جمعه - ۰۳ ارديبهشت ۱۴۰۰ / April 23, 2021

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، نقاط کوانتومی، نانوذراتی ساخته شده از مواد نیمه‌رسانا هستند که فقط شامل چند هزار اتم هستند. به‌دلیل تعداد کم اتم، خصوصیات یک نقطه کوانتومی بین ویژگی‌های تک اتم‌ها یا مولکول‌ها و مواد توده‌ای با تعداد زیادی اتم قرار دارد. با تغییر اندازه و شکل این نانوذرات، می‌توان خصوصیات الکترونیکی و نوری آن‌ها را تنظیم کرد. به لطف کنترل روز افزون اندازه و شکل این نانوذرات، کاربرد‌های تجاری نقاط کوانتومی افزایش یافته است.

با این وجود مشکلی وجود دارد که می‌تواند کارایی دستگاه‌ها یا وسایلی را که از این نانومواد استفاده می‌کنند، را مختل کند. وقتی نور توسط ماده‌ای جذب می‌شود، الکترون‌ها به سطح انرژی بالاتری ارتقا می‌یابند و هنگامی که به حالت پایه خود برمی‌گردد، هرکدام می‌توانند یک فوتون به محیط اطراف منتشر کنند. در نقاط کوانتومی متداول، رفت و برگشت الکترون به حالت پایه خود می‌تواند توسط پدیده‌های مختلف کوانتومی دست خوش تغییر شود و انتشار نور به محیط اطراف را مختل کند.

این تاخیر در انتشار نور می‌تواند در دسته جدیدی از نانومواد ساخته شده از پروسکیت‌ها کوتاه‌تر باشد، که در نتیجه علاقه به این نقاط کوانتومی افزایش یافته است.

پژوهشگران موسسه شیمی و فیزیک دانشگاه کامپیناس (UNICAMP) در ایالت سائوپائولو برزیل با همکاری دانشمندان دانشگاه میشیگان در آمریکا تحقیقاتی انجام دادند که درک آن‌ها را در مورد فیزیک بنیادین نقاط کوانتومی پروسکایتی افزایش می‌دهد.

نتایج این تحقیق در قالب مقاله‌ای در نشریه Science Advances منتشر شده است.

لازارو پدیل‌ها جونیور از محققان این پروژه می‌گوید: «ما از روش طیف‌سنجی استفاده کردیم که به ما امکان تجزیه و تحلیل جداگانه رفتار الکترون‌ها در هر نانوماده را در مجموعه‌ای از ده‌ها میلیارد نانومواد می‌دهد.»

وی می‌افزاید: «ما توانستیم ترازبندی انرژی بین حالت روشن [مرتبط با سه گانه]و حالت تاریک [مرتبط با حالت تک‌گانه]را تأیید کنیم، که نشان می‌دهد این هم ترازی چگونه به اندازه نقاط کوانتومی بستگی دارد. ما همچنین برهم‌کنش بین این حالت‌ها را نیز شناسایی کردیم که این دستاورد، فرصت‌هایی را برای استفاده از این سیستم‌ها در زمینه‌های دیگر فناوری مانند اطلاعات کوانتومی فراهم می‌کند.»

برای مطالعه چگونگی تعامل الکترون‌ها با نور در این مواد، پژوهشگران از طیف‌سنجی منسجم چند بعدی (MDCS) استفاده کردند که در آن پالس‌های لیزر فوق کوتاه به نمونه پروسکایت در دمای منفی ۲۶۹ درجه سانتیگراد تابیده می‌شود.

با این کار، می‌توان برهم‌کنش الکترون و نور و پویایی آن را با دقت زمانی بالا تجزیه و تحلیل کرد. از روش MDCS می‌توان برای تجزیه و تحلیل هم‌زمان میلیارد‌ها نانوذره و تشخیص خانواده‌های مختلف نانوذرات موجود در نمونه استفاده کرد.