Una migliore comprensione della scienza alla base delle tecniche ben note per lo sviluppo di punti quantici, minuscoli nanocristalli semiconduttori, può aiutare a ridurre le congetture delle pratiche attuali poiché gli scienziati dei materiali li usano per realizzare pannelli solari e display digitali migliori.

Solo miliardesimi di metro di diametro, i punti quantici vengono abitualmente preparati in soluzione e rivestiti o spruzzati come inchiostro per creare una sottile pellicola elettricamente conduttrice che viene utilizzata per realizzare dispositivi. "Ma trovare il modo migliore per farlo è stata una questione di tentativi ed errori, " dice lo scienziato dei materiali Ahmad R. Kirmani. Ora, con i colleghi della KAUST e dell'Università di Toronto, Canada, ha rivelato perché alcune tecniche ben note possono migliorare notevolmente le prestazioni del film.

I punti quantici assorbono ed emettono diverse lunghezze d'onda della luce a seconda delle loro dimensioni. Ciò significa che possono essere sintonizzati per essere assorbitori altamente efficienti nei pannelli solari, o per emettere colori diversi per un display, semplicemente rendendo i cristalli più grandi o più piccoli.

I punti sono comunemente cresciuti da piombo e zolfo in soluzione. Poiché le proprietà dei punti dipendono dalla loro dimensione, la loro crescita deve essere fermata al punto giusto, che viene fatto aggiungendo molecole speciali per limitare la loro crescita. Gli ingegneri usano spesso molecole di acido oleico, ciascuno con 18 atomi di carbonio, che si attaccano alla superficie del cristallo, come i capelli, bloccando la crescita.

Questo crea una soluzione di punti adatti al rivestimento per creare un film. Ancora, questo film non è adatto a condurre l'elettricità perché le lunghe molecole di acido ostacolano il flusso di elettroni tra i nanocristalli. Quindi gli ingegneri aggiungono molecole più corte. Questi "linker" hanno solo circa due atomi di carbonio per molecola. I linker sostituiscono le lunghe molecole capping, conduttanza crescente. "Il metodo è stato utilizzato per un paio di decenni, ma nessuno aveva indagato esattamente su cosa succede, "dice Kirmani.

Per scoprirlo, Il team di Kirmani ha utilizzato una microbilancia per monitorare lo scambio di acido oleico con i linker durante la transizione. Hanno misurato la distanza tra i punti disperdendo i raggi X da essi, e hanno anche registrato il cambiamento di spessore del film, densità e caratteristiche di assorbimento ottico.

Piuttosto che vedere un cambiamento graduale nelle proprietà del film, hanno visto un salto improvviso, che ha segnato una transizione di fase. Quando più o meno tutte le molecole di acido sono state spostate dai linker, i punti si avvicinano bruscamente, e la conduttività aumenta.

Kirmani spera che altre squadre saranno ispirate a indagare ulteriormente, possibilmente arrestando il processo di transizione da qualche parte a metà strada e introducendo varie molecole sulla superficie del punto per vedere quali nuove caratteristiche emergono. "C'è molto potenziale nel portare questa comprensione a nuovi paradigmi per le nuove tecnologie, " lui dice.