Новости химической науки > Свет помогает легировать квантовые точки

Квантовые точки – участки полупроводникового материала, диаметр которых составляет несколько нанометров, могут стать подспорьем для создания новых типов источников питания, солнечных батарей и полевых транзисторов.

Преимуществом такой наноэлектроники является то, что электронные свойства квантовых точек зависят от их размера, что позволяет осуществлять легкий выбор частоты поглощаемой или испускаемой ими световой волны, напряжения, на которое они реагируют и других характеристик.

Тем не менее, для более тонкой настройки квантовых точек, процесса, который называется легирование (doping),зачастую связанного с увеличением концентрации электронов в нанообъекте зачастую требуются чрезвычайно низкие температуры или агрессивные реагенты, которые могут разрушить поверхность кристалла.

Фотон (hν,волнообразная зеленая стрелка) взаимодействует с квантовой точкой, способствуя переходу электрона (e^–)в зону проводимости и образованию дырки (h⁺) в валентной области. Дырка может быть ликвидирована триэтилборгидрид-ионом ([Et3BH] ^–), в результате чего в системе остается лишний электрон (справа). (Рисунок из J. Am. Chem. Soc. 2013, DOI: 10.1021/ja410825c)

Исследователям из Университета Вашингтона удалось разработать более мягкий в химическом отношении подход, позволяющий осуществлять простое и обратимое легирование нанокристаллических материалов.

Исследователи смешали реакционноспособный триэтилборгидрид лития с нанокристаллами селенида кадмия и подвергли эту смесь воздействию видимого света. Падающие фотоны способствуют образованию в структуре полупроводника свободных электронов и положительно заряженных вакансий – дырок. Эти дырки могут перемещаться по нанокристаллу, случайно сталкиваясь с триэтилборгидрид-ионами, которые ликвидируют положительный заряд, в результате чего получается нанокристалл, легированный отрицательным зарядом.

Для того, чтобы запустить такой процесс легирования достаточно обычного комнатного освещения. Процесс можно запустить в обратную сторону, просто подержав кристаллы на воздухе, такая возможность позволяет исследователям производить тонкую настройку электронной плотности квантовой точки, а это, в свою очередь, позволяет получать наноматериалы, которые могут использоваться для проводников, диодов и транзисторов.

Возглавлявший исследование Даниэл Геймлин (Daniel R. Gamelin) считает разработанный метод «очень удобной химией», отмечая, что этот метод можно применить и для легирования других материалов, использующихся для изготовления квантовых точек – оксида цинка, сульфида кадмия и теллурида кадмия.

По его словам, новый метод может позволит использовать нанокристаллы для изготовления тех же устройств, для которых в настоящее время используются объемные полупроводники, но с возможностью более тонкой подстройки свойств. Например, новый способ может дать возможность создать солнечные батареи, каждый слой которых может поглощать свет с определенной длиной волны, что может значительно увеличить эффективность таких источников энергии.

Источник: J. Am. Chem. Soc. 2013, DOI: 10.1021/ja410825c

метки статьи: #нанотехнологии, #неорганическая химия, #новые материалы