钙钛矿的使用将是下一代电子设备的关键功能

  量子点是仅包含几千个原子的半导体材料的人造纳米颗粒。由于原子数​​量少,量子点的特性介于单个原子或分子的特性与具有大量原子的整体材料的特性之间。通过改变纳米粒子的大小和形状,可以微调它们的电子和光学特性-电子如何键合和穿过材料,以及光如何被其吸收和发射。

  由于对纳米颗粒的大小和形状的控制越来越精细,商业应用的数量也在增长。那些已经可用的激光器包括采用量子点技术的激光器,LED和电视。

钙钛矿的使用将是下一代电子设备的关键功能

  然而,存在可能损害使用该纳米材料作为活性介质的装置或器具的效率的问题。当一种材料吸收光时,电子被提升到更高的能级,而当它们返回其基本状态时,每个电子都可以向环境发射光子。在传统的量子点中,电子返回其基本状态的行程可能会受到各种量子现象的干扰,从而延迟了向外部的光发射。

  以这种方式将电子囚禁,称为“暗态”,它阻止了光的发射,这与使电子迅速返回基态并因此更有效,更直接地发光(“亮态”)的路径相反。 )。

  在由钙钛矿制成的新型纳米材料中,这种延迟可以缩短,因此引起了材料科学领域研究人员的极大兴趣。

  由巴西圣保罗州坎皮纳斯大学化学与物理研究所(UNICAMP)的研究人员与美国密歇根大学的科学家合作进行的一项研究,朝着这一方向迈进了一步对钙钛矿量子点的基本物理学的见解。关于这项研究的文章发表在《科学进展》上。

  “我们使用了相干光谱技术,这使我们能够分别分析数百亿个纳米材料集合中每种纳米材料中电子的行为。这项研究具有开创性,因为它结合了相对较新的一类纳米材料(钙钛矿)与完全的钙钛矿。巴西方面,该项目的首席研究员LázaroPadilha Junior告诉AgênciaFAPESP。

  FAPESP通过授予年轻研究者补助金和授予Padilha的常规研究补助金来支持这项研究。

  “我们能够验证亮态(与三重态相关)和暗态(与单重态相关)之间的能量排列,表明这种排列如何取决于纳米材料的尺寸。我们还发现了这些状态之间的相互作用,为在量子信息等其他技术领域中使用这些系统提供了机会。”

  “由于钙钛矿的晶体结构,明亮的能量水平分为三部分,形成三重态。这为激发和电子返回基本状态提供了各种途径。该研究最惊人的结果是通过分析我们获得了三个亮态中每一个的寿命以及样品发出的信号的特征的证据,表明存在暗态,但其能量水平高于三个亮态中的两个。在样品上,被激发的电子只有在它们占据最高的亮水平时才被捕获,然后转移到暗态;如果它们占据较低的亮水平,它们将更有效地返回到基态。”

  为了研究电子如何与这些材料中的光相互作用,该小组使用了多维相干光谱法(MDCS),其中在钙钛矿样品上发射了一束超短激光脉冲(每个脉冲持续约80飞秒或80百万分之一秒)。冷却至零下269摄氏度。

  “脉冲以严格控制的间隔照射样品。通过修改间隔并检测作为间隔的函数的样品发射的光,我们可以高精度地分析电子-光相互作用及其动力学,绘制出典型的相互作用时间,它们耦合的能级以及与其他粒子的相互作用。”

  MDCS技术可用于同时分析数十亿个纳米粒子,并区分样品中存在的纳米粒子的不同家族。

  该实验系统是由密歇根大学的首席研究员史蒂文·库迪夫(Steven Cundiff)领导的团队开发的。一些测量是由Diogo Almeida进行的,Diogo Almeida是Cundiff团队的前成员,现在在UNICAMP的超快光谱实验室中,在Padilha的监督下获得了FAPESP的博士后奖学金。

  量子点由Luiz Gustavo Bonato博士合成。UNICAMP化学研究所的候选人。这项研究的主要负责人安娜·弗拉维亚·诺盖拉(AnaFláviaNogueira)表示:“博纳托在准备量子点时所付出的努力和他的协议从根本上来说很重要,这可以从它们的质量和尺寸以及纳米材料的性质得到证明。” Nogueira是化学研究所(IQ-UNICAMP)的教授,也是新能源创新中心(CINE)研究部1的首席研究员,该中心是由FAPESP和壳牌建立的工程研究中心(ERC)。

  “获得的结果非常重要,因为了解材料的光学特性及其电子的行为为半导体光学和电子学中新技术的开发提供了机会。钙钛矿的掺入极有可能是该材料最鲜明的特征。下一代电视机。” Nogueira说。

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