(Sinistra) Un NC completamente isolato viene studiato utilizzando un fascio di elettroni (EELS), per determinare la sua energia di banda proibita. (A destra) Un NC della stessa dimensione circondato da vicini viene similmente sondato, per cui l'energia di bandgap misurata è diversa. Quindi, ci deve essere un accoppiamento tra NC adiacenti affinché possano "mediare" le loro energie di bandgap. Credito:Universiteit van Amsterdam (UVA)
Ricercatori dell'Università di Amsterdam (UvA), in collaborazione con partner giapponesi, hanno determinato la relazione tra l'energia bandgap di singoli nanocristalli di bromuro di cesio piombo (CsPbBr 3 NC) e la loro dimensione e forma. Studiando singoli NC isolati o circondati da "vicini", hanno visualizzato esplicitamente per la prima volta la modifica della struttura a bande introdotta dall'accoppiamento effettivo tra NC a semiconduttore a stretto contatto.
Nanocristalli e perovskiti
Le NC sono estremamente piccole, circa mille volte più piccolo della larghezza di un capello umano. A causa delle loro piccole dimensioni, la struttura energetica dei cristalli è drammaticamente diversa da quella del materiale sfuso. Infatti, l'energia del bandgap dipende dalla dimensione del NC.
Il termine 'perovskiti' si riferisce alla classe di materiali con struttura cristallina nella forma ABX3, e prendono il nome dal mineralogista russo Lev Perovski. Recentemente, le perovskiti attirano molta attenzione grazie al loro potenziale per il fotovoltaico ad alta efficienza ea basso costo. In CsPbBr3 NC, i vantaggi di perovskiti e NC sono combinati, e sono quindi un materiale promettente per varie applicazioni optoelettroniche.
Il setup sperimentale
La tecnica all'avanguardia impiegata dai ricercatori, è chiamata spettroscopia di perdita di energia di elettroni a bassa perdita (EELS) e deriva da eccitazioni a bassa energia, cioè elettroni di valenza. È quindi un'analogia con la spettroscopia di assorbimento. Utilizzando EELS insieme a un microscopio a trasmissione di elettroni a scansione (STEM) con una risoluzione speciale ultraelevata, consente ai ricercatori di misurare le dimensioni e la posizione NC con una precisione unica, in parallelo. In quel modo, l'assorbimento di energia è mappato direttamente sui singoli NC che sono incorporati in un insieme (hanno dei vicini) o sono completamente isolati. In quel modo, un'intima relazione tra la dimensione NC, forma ed energia bandgap è stabilito.
Interazione e accoppiamento tra nanocristalli prossimali
Determinando il bandgap energetico di molti singoli nanocristalli in funzione della loro dimensione, i ricercatori hanno scoperto che piccoli NC isolati sembrano avere un'energia di bandgap maggiore rispetto a un NC della stessa dimensione circondato da vicini. E al contrario, un grande NC ha un'energia di bandgap inferiore se isolato rispetto a quando è incorporato in un insieme. Il loro risultato mostra che due NC adiacenti non si "fondono" semplicemente dopo l'interazione e si presentano come un cristallo più grande, ma piuttosto "media" i loro gap. Ciò fornisce la prova diretta di un accoppiamento efficace tra NC in cui il loro gap energetico e quindi la struttura energetica, è influenzato dai vicini. Queste intuizioni uniche nel comportamento di interazione delle NC vicine aprono la strada alla progettazione mirata di grandi strutture quantistiche e solidi quantum-dot, costituito da NC con proprietà selettive che fungono da elementi costitutivi.
