(Phys.org)—Gli scienziati del National Renewable Energy Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti e di altri laboratori hanno dimostrato un processo in base al quale i punti quantici possono autoassemblarsi in posizioni ottimali nei nanofili, una svolta che potrebbe migliorare le celle solari, informatica quantistica, e dispositivi di illuminazione.
Un documento sulla nuova tecnologia, "Punti quantici autoassemblati in un sistema di nanofili per la fotonica quantistica, " appare nell'attuale numero della rivista scientifica Materiali della natura .
I punti quantici sono minuscoli cristalli di semiconduttore di pochi miliardesimi di metro di diametro. A quelle dimensioni mostrano comportamenti benefici della fisica quantistica come la formazione di coppie elettrone-lacuna e la raccolta di energia in eccesso.
Gli scienziati hanno dimostrato come i punti quantici possono auto-assemblarsi all'apice dell'interfaccia nanofili nucleo/guscio di arseniuro di gallio/arseniuro di gallio alluminio/guscio. In modo cruciale, i punti quantici, oltre ad essere molto stabile, può essere posizionato con precisione rispetto al centro del nanofilo. quella precisione, combinato con la capacità dei materiali di fornire confinamento quantistico sia per gli elettroni che per le lacune, rende l'approccio un potenziale punto di svolta.
Gli elettroni e le lacune si trovano tipicamente nella posizione di energia più bassa all'interno dei confini dei materiali ad alta energia nelle nanostrutture. Ma nella nuova manifestazione, l'elettrone e la lacuna, sovrapponendosi in modo quasi ideale, sono confinati nel punto quantico stesso ad alta energia piuttosto che localizzati negli stati di energia più bassi. In questo caso, quello è il nucleo di arseniuro di gallio. È come colpire il centro piuttosto che la periferia.
I punti quantici, di conseguenza, sono molto luminosi, spettralmente ristretto e altamente anti-ammassato, mostrano eccellenti proprietà ottiche anche quando si trovano a pochi nanometri dalla superficie, una caratteristica che ha sorpreso persino gli scienziati.
"Alcuni scienziati svizzeri hanno annunciato di aver raggiunto questo obiettivo, ma gli scienziati alla conferenza hanno avuto difficoltà a crederci, " ha detto lo scienziato senior del NREL Jun-Wei Luo, uno dei coautori dello studio. Luo si è messo al lavoro per costruire un sistema quantum-dot-in-nanowire utilizzando il supercomputer di NREL ed è stato in grado di dimostrare che, nonostante il fatto che i bordi complessivi della banda siano formati dal nucleo di arseniuro di gallio, le sottili barriere ricche di alluminio forniscono il confinamento quantistico sia per gli elettroni che per i fori all'interno del punto quantico povero di alluminio. Questo spiega l'origine delle transizioni ottiche molto insolite.
Sono possibili diverse applicazioni pratiche. Il fatto che punti quantici stabili possano essere posizionati molto vicino alla superficie dei nanometri aumenta un enorme potenziale per il loro utilizzo nella rilevazione di campi elettrici e magnetici locali. I punti quantici potrebbero anche essere usati per caricare i convertitori per una migliore raccolta della luce, come nel caso delle celle fotovoltaiche.
