QUẢNG CÁO

Các nhà nghiên cứu phát triển các dãy đèn LED nano chính xác

bởi Adam Zewe cho MIT News

Boston MA (SPX) ngày 08 tháng 2023 năm XNUMX

Perulfit halide là một họ vật liệu đã thu hút sự chú ý nhờ các đặc tính quang điện tử vượt trội và các ứng dụng tiềm năng trong các thiết bị như pin mặt trời hiệu suất cao, điốt phát sáng và laser. Những vật liệu này phần lớn đã được triển khai thành các ứng dụng thiết bị có kích thước micron hoặc màng mỏng.

Việc tích hợp chính xác các vật liệu này ở cấp độ nano có thể mở ra nhiều ứng dụng đáng chú ý hơn, như nguồn sáng trên chip, bộ tách sóng quang và điện trở memristor. Tuy nhiên, đạt được sự tích hợp này vẫn còn là một thách thức vì vật liệu mỏng manh này có thể bị hư hại bởi các kỹ thuật chế tạo và tạo khuôn thông thường.

Để vượt qua rào cản này, các nhà nghiên cứu của MIT đã tạo ra một kỹ thuật cho phép các tinh thể nano perovskite halogen riêng lẻ được phát triển tại chỗ ở những nơi cần thiết với khả năng kiểm soát chính xác vị trí, trong phạm vi dưới 50 nanomet. (Một tờ giấy dày 100,000 nanomet.)

Kích thước của các tinh thể nano cũng có thể được kiểm soát chính xác thông qua kỹ thuật này, điều này rất quan trọng vì kích thước ảnh hưởng đến đặc tính của chúng. Vì vật liệu được trồng tại địa phương với các tính năng mong muốn nên không cần thực hiện các bước tạo khuôn in thạch bản thông thường có thể gây ra hư hỏng.

Kỹ thuật này cũng có khả năng mở rộng, linh hoạt và tương thích với các bước chế tạo thông thường, do đó nó có thể cho phép các tinh thể nano được tích hợp vào các thiết bị chức năng có kích thước nano. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng phương pháp này để chế tạo các dãy điốt phát sáng kích thước nano (nanoLED) – những tinh thể cực nhỏ phát ra ánh sáng khi được kích hoạt bằng điện. Những mảng như vậy có thể có các ứng dụng trong truyền thông quang học và điện toán, kính hiển vi không thấu kính, các loại nguồn sáng lượng tử mới và màn hình độ phân giải cao, mật độ cao cho thực tế ảo và tăng cường.

“Như nghiên cứu của chúng tôi cho thấy, điều quan trọng là phải phát triển các khung kỹ thuật mới để tích hợp vật liệu nano vào các thiết bị nano chức năng. Bằng cách vượt qua các ranh giới truyền thống của chế tạo nano, kỹ thuật vật liệu và thiết kế thiết bị, những kỹ thuật này có thể cho phép chúng ta điều khiển vật chất ở kích thước cực nano, giúp chúng ta nhận ra các nền tảng thiết bị độc đáo quan trọng để giải quyết các nhu cầu công nghệ mới nổi”, Farnaz Niroui, EE cho biết. Landsman Trợ lý Phát triển Nghề nghiệp Giáo sư Kỹ thuật Điện và Khoa học Máy tính (EECS), thành viên của Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Điện tử (RLE), đồng thời là tác giả cấp cao của một bài báo mới mô tả công trình.

Các đồng tác giả của Niroui bao gồm tác giả chính Patricia Jastrzebska-Perfect, một sinh viên tốt nghiệp EECS; Weikun “Spencer” Zhu, sinh viên tốt nghiệp Khoa Kỹ thuật Hóa học; Mayuran Saravanapavanantham, Sarah Spector, Roberto Brenes và Peter Satterthwaite, tất cả các sinh viên tốt nghiệp EECS; Zheng Li, một postdoc của RLE; và Rajeev Ram, giáo sư kỹ thuật điện. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Communications.

Tinh thể nhỏ, thách thức lớn

Việc tích hợp perovskite halogen vào các thiết bị kích thước nano trên chip là cực kỳ khó khăn khi sử dụng các kỹ thuật chế tạo kích thước nano thông thường. Theo một cách tiếp cận, một màng mỏng perovskite dễ vỡ có thể được tạo khuôn bằng các quy trình in thạch bản, đòi hỏi dung môi có thể làm hỏng vật liệu. Theo cách tiếp cận khác, đầu tiên các tinh thể nhỏ hơn được hình thành trong dung dịch, sau đó được chọn và đặt từ dung dịch theo mẫu mong muốn.

Niroui cho biết: “Trong cả hai trường hợp đều thiếu khả năng kiểm soát, độ phân giải và khả năng tích hợp, điều này hạn chế khả năng mở rộng vật liệu sang các thiết bị nano”.

Thay vào đó, cô và nhóm của mình đã phát triển một phương pháp để “phát triển” các tinh thể perovskite halogenua ở những vị trí chính xác ngay trên bề mặt mong muốn, nơi thiết bị nano sẽ được chế tạo.

Cốt lõi của quy trình của họ là bản địa hóa giải pháp được sử dụng trong quá trình phát triển tinh thể nano. Để làm như vậy, họ tạo ra một mẫu có kích thước nano với các giếng nhỏ chứa quá trình hóa học mà qua đó các tinh thể phát triển. Họ sửa đổi bề mặt của mẫu và bên trong giếng, kiểm soát một đặc tính được gọi là “khả năng thấm ướt” để dung dịch chứa vật liệu perovskite sẽ không đọng lại trên bề mặt mẫu và sẽ bị giới hạn bên trong giếng.

Cô nói: “Bây giờ, bạn có những lò phản ứng rất nhỏ và xác định trong đó vật liệu có thể phát triển”.

Và đó chính xác là những gì xảy ra. Họ bôi một dung dịch chứa vật liệu tăng trưởng perovskite halogen lên khuôn mẫu và khi dung môi bay hơi, vật liệu này phát triển và tạo thành một tinh thể nhỏ trong mỗi giếng.

Một kỹ thuật linh hoạt và có thể điều chỉnh

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng hình dạng của giếng đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát vị trí của tinh thể nano. Nếu sử dụng giếng vuông, do ảnh hưởng của lực nano, các tinh thể có cơ hội như nhau được đặt ở mỗi góc trong số bốn góc của giếng. Đối với một số ứng dụng, điều đó có thể đủ tốt, nhưng đối với những ứng dụng khác, cần phải có độ chính xác cao hơn trong việc sắp xếp tinh thể nano.

Bằng cách thay đổi hình dạng của giếng, các nhà nghiên cứu đã có thể thiết kế các lực ở cấp độ nano này theo cách sao cho một tinh thể được ưu tiên đặt ở vị trí mong muốn.

Khi dung môi bay hơi bên trong giếng, tinh thể nano trải qua một gradient áp suất tạo ra lực định hướng, với hướng chính xác được xác định bằng cách sử dụng hình dạng bất đối xứng của giếng.

Niroui cho biết: “Điều này cho phép chúng tôi đạt được độ chính xác rất cao, không chỉ trong quá trình tăng trưởng mà còn trong việc sắp xếp các tinh thể nano này”.

Họ cũng phát hiện ra rằng họ có thể kiểm soát kích thước của tinh thể hình thành bên trong giếng. Thay đổi kích thước của các giếng để cho phép dung dịch phát triển nhiều hơn hoặc ít hơn bên trong sẽ tạo ra các tinh thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn.

Họ đã chứng minh tính hiệu quả của kỹ thuật của mình bằng cách chế tạo các dãy đèn LED nano chính xác. Trong phương pháp này, mỗi tinh thể nano được tạo thành một nanopixel phát ra ánh sáng. Các mảng đèn LED nano mật độ cao này có thể được sử dụng cho giao tiếp và điện toán quang học trên chip, nguồn sáng lượng tử, kính hiển vi và màn hình độ phân giải cao cho các ứng dụng thực tế ảo và tăng cường.

Trong tương lai, các nhà nghiên cứu muốn khám phá nhiều ứng dụng tiềm năng hơn cho những nguồn sáng nhỏ bé này. Họ cũng muốn kiểm tra các giới hạn về mức độ nhỏ của các thiết bị này và hoạt động để kết hợp chúng một cách hiệu quả vào các hệ thống lượng tử. Ngoài các nguồn sáng kích thước nano, quá trình này còn mở ra các cơ hội khác để phát triển các thiết bị nano trên chip dựa trên perovskite halogenua.

Kỹ thuật của họ cũng cung cấp một cách dễ dàng hơn cho các nhà nghiên cứu để nghiên cứu các vật liệu ở cấp độ tinh thể nano riêng lẻ, mà họ hy vọng sẽ truyền cảm hứng cho những người khác tiến hành các nghiên cứu bổ sung về những vật liệu này và các vật liệu độc đáo khác.

Jastrzebska-Perfect cho biết thêm: “Nghiên cứu các vật liệu có kích thước nano thông qua các phương pháp hiệu suất cao thường đòi hỏi các vật liệu đó phải được định vị và chế tạo chính xác ở quy mô đó”. “Bằng cách cung cấp khả năng kiểm soát cục bộ đó, kỹ thuật của chúng tôi có thể cải thiện cách các nhà nghiên cứu điều tra và điều chỉnh các đặc tính của vật liệu cho các ứng dụng đa dạng.”

“Nhóm nghiên cứu đã phát triển một phương pháp rất thông minh để tổng hợp xác định các tinh thể nano perovskite riêng lẻ trên các chất nền. Họ có thể kiểm soát vị trí chính xác của các tinh thể nano ở quy mô chưa từng có, từ đó tạo ra nền tảng chế tạo đèn LED kích thước nano, hiệu suất cao dựa trên các tinh thể nano đơn lẻ,” Ali Javey, giáo sư kỹ thuật điện và khoa học máy tính tại Đại học California ở Berkeley cho biết. , người không tham gia vào nghiên cứu này. “Đây là một công việc thú vị vì nó vượt qua được thách thức cơ bản trong lĩnh vực này.”

Công trình này được hỗ trợ một phần bởi Quỹ khoa học quốc gia và Trung tâm kỹ thuật lượng tử MIT.

Liên kết liên quan
Khoa Kỹ thuật Điện và Khoa học Máy tính

Kiến trúc, Công nghệ và Sản xuất chip máy tính
Tin tức về công nghệ Nano từ SpaceMart.com

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Ô tô / Xe điện, Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• BlockOffsets. Hiện đại hóa quyền sở hữu bù đắp môi trường. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://www.spacedaily.com/reports/Researchers_grow_precise_arrays_of_nanoLEDs_999.html