I ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) stanno lavorando per realizzare dispositivi elettronici migliori approfondendo il modo in cui i nanocristalli sono disposti al loro interno.

I nanocristalli sono promettenti elementi costitutivi per dispositivi elettronici nuovi e migliorati, grazie alle loro proprietà di regolazione delle dimensioni e alla capacità di integrarsi in dispositivi a basso costo.

Sebbene la struttura dei nanocristalli sia stata ampiamente studiata, nessuno è stato in grado di guardare l'intero processo di assemblaggio.

È lì che gli scienziati LLNL Christine Orme, Yixuan Yu, Babak Sadigh e un collega dell'Università della California, Entra Los Angeles.

"Pensiamo che la situazione possa essere migliorata se si potessero identificare informazioni quantitative dettagliate sul processo di assemblaggio dei nanocristalli e se il processo di cristallizzazione fosse controllato meglio, " disse Orme, uno scienziato dei materiali LLNL e autore corrispondente di un articolo apparso sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

I nanocristalli all'interno dei dispositivi formano insiemi, le cui proprietà fisiche collettive, come la mobilità del vettore di carica, dipendono sia dalle proprietà dei singoli nanocristalli sia dal modo in cui sono disposti. In linea di principio, complessi ordinati di nanocristalli, o superreticoli, consentire un maggiore controllo nel trasporto in carico facilitando la formazione di minibande. Però, in pratica, pochi dispositivi costruiti da superreticoli ordinati di nanocristalli sono sul mercato.

La maggior parte degli studi precedenti utilizza metodi di evaporazione della soluzione per generare superreticoli di nanocristalli e sondare il processo di assemblaggio mentre il solvente viene gradualmente rimosso. È difficile ottenere informazioni quantitative sul processo di assemblaggio, però, perché il volume e la forma della soluzione di nanocristalli cambiano continuamente in modo incontrollabile e le forze capillari possono guidare il movimento dei nanocristalli durante l'essiccazione.

La crescita guidata dal campo elettrico offre una soluzione a questo problema. "Abbiamo recentemente dimostrato che un campo elettrico può essere utilizzato per guidare l'assemblaggio di apparecchiature ben ordinate, superreticoli nanocristallini 3-D, " disse Orme.

Poiché il campo elettrico aumenta la concentrazione locale senza modificare il volume, forma o composizione della soluzione di nanocristalli, il sistema di cristallizzazione può essere sondato quantitativamente senza complicazioni associate a forze capillari o dispersione dalle interfacce di essiccazione.

Come anticipato, il team ha scoperto che il campo elettrico spinge i nanocristalli verso la superficie, creando un gradiente di concentrazione che porta alla nucleazione e alla crescita dei superreticoli. Sorprendentemente, il campo ordina anche le particelle in base alla dimensione. In sostanza, il campo elettrico concentra e purifica la soluzione di nanocristalli durante la crescita.

"A causa di questo effetto di classificazione delle dimensioni, i cristalli del superreticolo sono meglio ordinati e la dimensione dei nanocristalli nel reticolo può essere regolata durante la crescita, " Ha detto Orme. "Questo potrebbe essere uno strumento utile per i dispositivi optoelettronici. Ora stiamo lavorando su rilevatori a infrarossi e pensiamo che potrebbe essere una strategia interessante per migliorare il colore nei monitor".