量子ドットの集合体は非常に無秩序になる傾向がありますが、これらの小さな半導体構造の面がパレードの兵士のように整列すると、奇妙なことが起こります。ドットは電気を非常によく伝導するようになります。 これは、 理化学研究所 創発物性科学研究センター彼らは、これらの規則正しい準二次元の量子ドット「超格子」によって、より高速で効率的なエレクトロニクスの開発が可能になる可能性があると主張しています。
量子ドットは、50 つの空間次元すべてに電子を閉じ込める半導体構造です。 この閉じ込めは、量子ドットが数千の原子を含み、直径が最大 XNUMX nm であるにもかかわらず、ある意味で単一量子粒子のように動作することを意味します。 量子ドットはその粒子のような特性により、太陽電池、生物学的イメージング システム、電子ディスプレイなどの多くのオプトエレクトロニクス用途で使用されています。
ただし、問題があります。 量子ドット集合体全体が無秩序であるということは、電荷キャリアが量子ドット集合体中を効率的に流れないことを意味します。 これにより導電性が低下し、秩序を導入するための標準的な技術はあまり役に立ちません。 「アセンブリの順序を改善することはできますが、それだけでは不十分であることがわかりました」と氏は言います。 サトリア・ズルカルナエン・ビスリ、理化学研究所の研究を主導し、現在は理化学研究所の准教授を務めています。 東京農工大学.
量子ドットの新たな視点
ビスリ氏は、量子ドットの導電性を改善するには、量子ドットを別の方法で見る必要があると説明しています。現在のように球状の物体としてではなく、複合結晶構造から受け継がれた一連の独特な結晶学的特性を持つ物質の塊として見る必要があると説明しています。 。 「量子ドットの配向の均一性も重要です」と彼は言います。 「これを理解することで、隣接する量子ドットのファセット間の相互作用を調整することで量子ドットの集合を制御する方法を定式化することができました。」
研究者らは、いわゆるラングミュア膜を作成することにより、量子ドット集合体、つまり超格子を作成した。 ビスリ氏は、このプロセスを水面に油を垂らして非常に薄い層に広げるのに似ていると説明しています。 彼らの実験では、「油」は量子ドットであり、「水」は、特定の面を介してドットが選択的に互いに結合し、規則正しい単層または超格子を形成するのを助ける溶媒である。
「この単層超格子の優れた特性は、量子ドット構成要素の大規模な秩序と一貫した配向により、アセンブリ全体のエネルギーの乱れが最小限に抑えられることです」とビスリ氏は語る 物理学の世界。 「これにより、ドットの電子特性をより正確に制御できるようになります。」
理研の研究者らは、この方法でエピタキシャル接続されていない量子ドットの集合体よりも、システムの導電性を最大 XNUMX 万倍高めることができることを発見しました。 Bisri 氏は、この導電率の増加はシステム内の電荷キャリアのドーピング レベルの増加に関連していると説明しています。 このより高いドーピングでは、ある量子ドットから別の量子ドットへの電荷輸送は、（絶縁体で起こるような）ホッピング輸送プロセスによって支配されるのではなく、電子ミニバンドを介した非局在化輸送メカニズムによって支配されます。「金属材料で起こることとまったく同じです」 」とビスリさんは言います。
量子ドットにおける電子正孔の対称性は量子コンピューティングの可能性を示す
電子デバイスの高速化と効率化
半導体コロイド量子ドットの高い導電性と金属的挙動は、電子デバイスに大きな利点をもたらし、より高速で効率的なトランジスタ、太陽電池、熱電素子、ディスプレイ、センサー（光検出器を含む）の開発が可能になる可能性があるとビスリ氏は付け加えた。 この材料は、強相関状態やトポロジカル状態などの基本的な物理現象を調査するためにも使用できます。
研究者らは現在、他の量子ドット化合物の研究を計画している。 「また、電場誘起ドーピング以外の他の手段を使用して、同様の、またはさらに優れた金属挙動を実現したいと考えています」とビスリ氏は明かします。
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- 情報源： https://physicsworld.com/a/lined-up-quantum-dots-become-highly-conductive/
