Proprio come il wafer di silicio monocristallino ha cambiato per sempre la natura della comunicazione 60 anni fa, un gruppo di ricercatori della Cornell spera che il suo lavoro con i solidi di punti quantici - cristalli fatti di cristalli - possa aiutare a inaugurare una nuova era nell'elettronica.

Il gruppo, guidato da Tobias Hanrath, professore associato presso la Robert Frederick Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering, e lo studente laureato Kevin Whitham, ha modellato sovrastrutture bidimensionali con blocchi di costruzione a cristallo singolo. Attraverso un paio di processi chimici, i nanocristalli piombo-selenio sono sintetizzati in cristalli più grandi, poi fusi insieme per formare superreticoli quadrati atomicamente coerenti.

La differenza tra queste e le precedenti strutture cristalline è la coerenza atomica di ciascun cristallo di 5 nanometri (un nanometro è un miliardesimo di metro). Non sono collegati da una sostanza tra ogni cristallo:sono collegati tra loro. Le proprietà elettriche di queste sovrastrutture sono potenzialmente superiori ai nanocristalli semiconduttori esistenti, con applicazioni previste nell'assorbimento di energia e nell'emissione di luce.

"Per quanto riguarda il livello di perfezione, in termini di realizzazione degli elementi costitutivi e collegamento a queste sovrastrutture, questo è probabilmente il massimo che puoi spingere, "Hanrat ha detto, riferimento alla precisione su scala atomica del processo.

Il documento del gruppo Hanrath, "Trasporto di carica e localizzazione in solidi di punti quantici atomicamente coerenti, " è pubblicato nel numero di questo mese di Materiali della natura .

Quest'ultimo lavoro è nato da precedenti ricerche pubblicate dal gruppo Hanrath, compreso un articolo del 2013 pubblicato su Nano lettere che ha riportato un nuovo approccio per collegare i punti quantici attraverso lo spostamento controllato di una molecola connettore, chiamato ligando. Quel documento si riferiva a "collegare i punti" - cioè accoppiare elettronicamente ogni punto quantico - come uno degli ostacoli più persistenti da superare.

Quella barriera sembra essere stata superata con questa nuova ricerca. Il forte accoppiamento dei nanocristalli porta alla formazione di bande energetiche che possono essere manipolate in base alla composizione dei cristalli, e potrebbe essere il primo passo verso la scoperta e lo sviluppo di altri materiali artificiali con struttura elettronica controllabile.

Ancora, Whitham ha detto, occorre lavorare di più per portare il lavoro del gruppo dal laboratorio alla società. La struttura del superreticolo del gruppo Hanrath, mentre superiore ai solidi nanocristallini legati al ligando, ha ancora molteplici fonti di disturbo dovute al fatto che tutti i nanocristalli non sono identici. Questo crea difetti, che limitano la funzione d'onda dell'elettrone.

"Vedo questo documento come una sorta di sfida per altri ricercatori per portarlo a un altro livello, " Whitham ha detto. "Questo è quanto sappiamo come spingerlo ora, ma se qualcuno dovesse inventare un po' di tecnologia, un po' di chimica, per fare un altro balzo in avanti, è una specie di sfida per gli altri a dire, 'Come possiamo farlo meglio?'"

Hanrath ha detto che la scoperta può essere vista in due modi, a seconda che tu veda il bicchiere mezzo vuoto o mezzo pieno.

"È l'equivalente di dire, "Ora abbiamo realizzato un grande wafer di silicio monocristallino, e puoi fare cose buone con esso, '" Egli ha detto, facendo riferimento alla scoperta della comunicazione rivoluzionaria degli anni '50. "Questa è la parte buona, ma la parte potenzialmente negativa è che ora abbiamo una migliore comprensione che se volessi migliorare i nostri risultati, quelle sfide saranno davvero, veramente difficile."