Science: Открыт новый метод выращивания полезных квантовых точек

Квантовые точки, или полупроводниковые нанокристаллы, используются в самых разных областях: от чистой науки до производства лазеров, квантовых QLED-телевизоров и дисплеев, солнечных батарей, медицинских приборов и другой электроники.

В журнале Science опубликована методика выращивания таких кристаллов. Она позволила не только найти более эффективный способ создания полезного типа квантовых точек, но и открыть группу новых химических материалов для изучения.

Я с нетерпением жду, когда исследователи по всему миру смогут использовать этот метод для получения ранее невообразимых нанокристаллов, — говорит первый автор работы Джастин Ондри.

Исследователи из Чикагского, Калифорнийского и Северо-Западного университетов, а также Университета Колорадо в Боулдере и Аргоннской национальной лаборатории добились замечательных результатов. Они заменили органические растворители расплавленной солью — перегретым хлоридом натрия.

Хлорид натрия — это не жидкость, но при нагревании до очень высокой температуры он становится жидким. Он похож на воду по вязкости и бесцветный. Однако никто раньше не рассматривал эти жидкости как среду для коллоидного синтеза, — говорит профессор Дмитрий Талапин из Школы молекулярной инженерии имени Прицкера и химического факультета Университета Чикаго.

Почему соль?

Квантовые точки — одни из самых известных нанокристаллов, и не только благодаря их широкому коммерческому применению, но и благодаря недавней Нобелевской премии по химии 2023 года, присужденной команде, которая их открыла.

Если и есть материал из мира нано, который оказал влияние на общество с точки зрения применения, то это квантовая точка, — сказал соавтор работы профессор Калифорнийского университета в Беркли Эран Рабани.

Однако большая часть предыдущих исследований квантовых точек, включая нобелевскую работу, касалась точек, выращенных с использованием комбинаций элементов из второй и шестой групп периодической таблицы. Такие материалы называются II-VI.

Материалы из III-V групп периодической таблицы используются в эффективных солнечных батареях, ярких светодиодах, мощных лазерах и быстрых электронных устройствах. Они могли бы стать отличными квантовыми точками, но их нельзя было использовать для выращивания нанокристаллов в растворе из-за высоких температур плавления.

Однако расплавленная соль позволяет нагревать эти материалы, делая их доступными для использования.

Профессор Талапин и его команда совершили уникальное достижение в области синтеза расплавленной соли. Благодаря этому они впервые смогли получить материалы, которые раньше невозможно было создать с помощью коллоидного синтеза.

Ричард Д. Шаллер, соавтор работы из Аргоннской национальной лаборатории и Северо-Западного университета, отметил, что это открытие позволит достичь фундаментальных и прикладных результатов. Кроме того, перед научным сообществом открывается новый синтетический рубеж.

Квантовая эра

Исследователи обратили внимание на расплавленную соль при синтезе нанокристаллов из-за ее сильной полярности, — утверждает аспирант Университета Чикаго Зируи Чжоу, второй автор новой работы.

В соли положительно заряженные ионы притягиваются к отрицательно заряженным. Исследователи предположили, что поверхностного заряда нанокристаллов будет недостаточно, чтобы оттолкнуть ионы соли, поэтому растущие кристаллы будут раздавлены прежде, чем смогут образовать стабильный материал. Так думали предыдущие исследователи.

Это удивительное наблюдение, — говорит Чжоу, — оно противоречит традиционным представлениям ученых об этих системах.

Новая методика может привести к созданию более совершенных и быстрых квантовых и классических компьютеров. Но для многих членов исследовательской группы самым захватывающим моментом является открытие новых материалов для изучения.

Ондри отмечает, что многие эпохи в истории человечества определялись доступными материалами — например, бронзовый или железный век.

В этой работе мы открыли возможность синтезировать около дюжины новых нанокристаллических композиций, которые лягут в основу технологий будущего.

27.10.2024