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半導體量子點的性能攻關

2023-05-30 14:08
來源:澎湃新聞·澎湃號·湃客
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據(jù)《自然通訊》雜志最新發(fā)表的研究報告,日本RIKEN新興物質(zhì)科學中心的研究人員及其合作者成功研發(fā)了一種硫化鉛半導體膠體量子點的“超晶格”,具有金屬的導電特性。這將賦予這類流行的材料令人興奮的新特性。

半導體膠體量子點,是一種納米尺寸的半導體晶體,由幾個納米尺寸的晶體顆粒組成。它們通常由半導體材料如硫化鎘、硫化鎘鋅或硫化鉛等制成。

半導體膠體量子點由于其量子約束效應所產(chǎn)生的特殊光學性質(zhì),被廣泛應用于顯示技術、光電子器件、生物成像、太陽能電池等領域。例如,在顯示技術中,膠體量子點可以用作發(fā)光材料,產(chǎn)生高飽和度和純凈的顏色。在太陽能電池中,膠體量子點可以用作吸收材料,將太陽光轉(zhuǎn)化為電能。在生物醫(yī)學應用中,如果能夠使這些量子點具備低毒性和良好生物相容性,更是一項杰出的突破。

對于半導體量子點來說,有效導電性一直是一個重大的挑戰(zhàn),主要是由于它們的表面包覆有一層類似于有機分子的表面配體,這層配體會限制電子的移動,給它們的充分使用造成障礙。為此,科學家團隊經(jīng)過不斷地探索研究,以測試所創(chuàng)造材料的導電性。當使用雙電層晶體管增加載流子密度時,他們發(fā)現(xiàn)在某個點,它的導電性比目前量子點顯示器的導電性高一百萬倍。重要的是,單個量子點的量子限制仍然保持不變,這意味著盡管導電率很高,但它們不會失去功能。

其次,半導體量子點的光學性能一直是很有希望的領域,但它們的電子遷移率卻是個挑戰(zhàn)。就此,科學家們通過研究表明,對組件中量子點的精確定向控制可以導致高電子遷移率和金屬行為。這一突破將為在新興技術中使用半導體量子點開辟新的途徑。

在這些攻關的基礎上,科學家們計劃對半導體量子點進行進一步的研究,以此提高量子點超晶格的性能。由此,在現(xiàn)有設備的改進之余,更廣泛地推廣至超出傳統(tǒng)量子點材料范圍的新應用。

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