El control es un desafío constante para los científicos de materiales, que siempre están buscando el material perfecto, y la forma perfecta de tratarlo, para inducir exactamente la actividad electrónica u óptica correcta requerida para una aplicación determinada.
Un desafío clave para modular la actividad en un semiconductor es controlar su espacio de banda. Cuando un material se excita con energía, por ejemplo, un pulso de luz, cuanto más ancho es su espacio de banda, más corta es la longitud de onda de la luz que emite.banda prohibida, cuanto más larga sea la longitud de onda.
A medida que la electrónica y los dispositivos que los incorporan teléfonos inteligentes, computadoras portátiles y similares se han vuelto cada vez más pequeños, los transistores de semiconductores que los alimentan se han reducido hasta el punto de no ser mucho más grandes que un átomo. No puedenpara reducir esta limitación, los investigadores están buscando formas de aprovechar las características únicas de los conjuntos de conglomerados atómicos a nanoescala, conocidos como superredes de puntos cuánticos, para construir dispositivos electrónicos de próxima generación, como los sistemas de información cuántica a gran escala., la precisión es aún más importante.
Una nueva investigación realizada por el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad de California en Santa Bárbara revela un gran avance en materiales de superredes de precisión. Los hallazgos del profesor Kaustav Banerjee, sus estudiantes de doctorado Xuejun Xie, Jiahao Kang y Wei Cao, el compañero posdoctoral Jae HwanChu y colaboradores de la Universidad de Rice aparecen en la revista Informes científicos de la naturaleza .
La investigación de su equipo utiliza un haz de electrones enfocado para fabricar una superrejilla de puntos cuánticos a gran escala en la que cada punto cuántico tiene un tamaño predeterminado predeterminado colocado en una ubicación precisa en una hoja atómicamente delgada de dos dimensiones 2-Ddisulfuro de molibdeno semiconductor MoS2. Cuando el haz de electrones enfocado interactúa con la monocapa MoS2, convierte esa área, que es del orden de un nanómetro de diámetro, de semiconductora a metálica. Los puntos cuánticos se pueden colocar a menos de cuatroseparados por nanómetros, para que se conviertan en un cristal artificial, esencialmente un nuevo material bidimensional en el que se puede especificar el intervalo de banda a pedido, de 1,8 a 1,4 voltios de electrones eV.
Esta es la primera vez que los científicos crean una superredes bidimensionales de gran superficie en 2 dimensiones, agrupamientos atómicos a nanoescala en una cuadrícula ordenada, en un material atómicamente delgado en el que se controlan con precisión tanto el tamaño como la ubicación de los puntos cuánticos.el proceso no solo crea varios puntos cuánticos, sino que también se puede aplicar directamente a la fabricación a gran escala de superredes de puntos cuánticos en 2D. "Por lo tanto, podemos cambiar las propiedades generales del cristal en 2D", dijo Banerjee.
Cada punto cuántico actúa como un pozo cuántico, donde se produce la actividad del agujero de electrones, y todos los puntos en la cuadrícula están lo suficientemente cerca uno del otro para garantizar las interacciones. Los investigadores pueden variar el espacio y el tamaño de los puntos para variar elbanda prohibida, que determina la longitud de onda de la luz que emite.
"Usando esta técnica, podemos diseñar la brecha de banda para que coincida con la aplicación", dijo Banerjee. Las superredes de puntos cuánticos han sido ampliamente investigadas para crear materiales con espacios de banda sintonizables, pero todas se hicieron utilizando métodos "de abajo hacia arriba" en los que los átomosse combinan de forma natural y espontánea para formar un macroobjeto, pero esos métodos hacen que sea inherentemente difícil diseñar la estructura de la red como se desee y, por lo tanto, lograr un rendimiento óptimo.
Como ejemplo, dependiendo de las condiciones, la combinación de átomos de carbono produce solo dos resultados en la forma masiva o tridimensional: grafito o diamante. Estos no se pueden 'ajustar' y, por lo tanto, no pueden hacer nada en el medio. Pero cuando los átomos puedenPosicionarse con precisión, el material puede diseñarse con las características deseadas.
"Nuestro enfoque supera los problemas de aleatoriedad y proximidad, permitiendo el control de la brecha de banda y todas las demás características que puede desear que tenga el material, con un alto nivel de precisión", dijo Xie. "Esta es una nueva formapara hacer materiales, y tendrá muchos usos, particularmente en aplicaciones de comunicación y computación cuántica. Los puntos en la superrejilla están tan cerca uno del otro que los electrones están acoplados, un requisito importante para la computación cuántica ".
El punto cuántico es teóricamente un "átomo" artificial. La técnica desarrollada hace posible dicho diseño y "ajuste" al permitir el control de arriba hacia abajo del tamaño y la posición de los átomos artificiales a gran escala.
Para demostrar el nivel de control alcanzado, los autores produjeron una imagen de "UCSB" enunciada en una cuadrícula de puntos cuánticos. Al usar diferentes dosis del haz de electrones, pudieron hacer que se iluminaran diferentes áreas de las iniciales de la universidadarriba en diferentes longitudes de onda.
"Cuando cambia la dosis del haz de electrones, puede cambiar el tamaño del punto cuántico en la región local, y una vez que lo hace, puede controlar el intervalo de banda del material 2-D", explicó Banerjee."Si dices que quieres un intervalo de banda de 1,6 eV, puedo dártelo. Si quieres 1,5 eV, también puedo hacerlo, comenzando con el mismo material".
Esta demostración de brecha de banda directa sintonizable podría dar paso a una nueva generación de dispositivos emisores de luz para aplicaciones fotónicas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Santa Bárbara . Original escrito por James Badham. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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