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Pesquisadores do RIKEN Center for Emergent Matter Science e colaboradores conseguiram criar uma “superrede” de pontos quânticos semicondutores que podem se comportar como um metal, potencialmente conferindo novas propriedades interessantes a essa classe popular de materiais.
Pontos quânticos coloidais semicondutores têm atraído grande interesse de pesquisa devido às suas propriedades ópticas especiais, que surgem do efeito de confinamento quântico. Eles são usados em células solares, onde podem melhorar a eficiência da conversão de energia, imagens biológicas, onde podem ser usados como sondas fluorescentes, displays eletrônicos e até mesmo computação quântica, onde sua capacidade de capturar e manipular elétrons individuais pode ser explorada.
No entanto, conseguir que os pontos quânticos de semicondutores conduzam eletricidade de forma eficiente tem sido um grande desafio, impedindo seu pleno uso. Isso se deve principalmente à falta de ordem de orientação nas assembléias. De acordo com Satria Zulkarnaen Bisri, pesquisadora principal do projeto, que realizou a pesquisa no RIKEN e agora está na Universidade de Agricultura e Tecnologia de Tóquio, “torná-los metálicos permitiria, por exemplo, exibições de pontos quânticos que são mais brilhantes, mas usam menos energia do que os dispositivos atuais.”
Agora, o grupo publicou um estudo na Natureza Comunicações que poderia dar uma contribuição importante para alcançar esse objetivo. O grupo, liderado por Bisri e Yoshihiro Iwasa do RIKEN CEMS, criou uma superrede de pontos quânticos coloidais semicondutores de sulfeto de chumbo que exibem as propriedades de condução elétrica de um metal.
A chave para conseguir isso era conseguir que os pontos quânticos individuais na rede se ligassem um ao outro diretamente, “epitaxialmente”, sem ligantes, e fazer isso com suas facetas orientadas de maneira precisa.
Os pesquisadores testaram a condutividade do material que criaram e, ao aumentarem a densidade de portadoras usando um transistor elétrico de camada dupla, descobriram que, em certo ponto, ele se tornou um milhão de vezes mais condutivo do que o atualmente disponível em telas de pontos quânticos. . É importante ressaltar que o confinamento quântico dos pontos quânticos individuais ainda foi mantido, o que significa que eles não perdem sua funcionalidade apesar da alta condutividade.
“Os pontos quânticos semicondutores sempre se mostraram promissores para suas propriedades ópticas, mas sua mobilidade eletrônica tem sido um desafio”, diz Iwasa. “Nossa pesquisa demonstrou que o controle preciso da orientação dos pontos quânticos na montagem pode levar a alta mobilidade eletrônica e comportamento metálico. Esse avanço pode abrir novos caminhos para o uso de pontos quânticos semicondutores em tecnologias emergentes.”
De acordo com Bisri, “Planejamos realizar mais estudos com essa classe de materiais e acreditamos que isso pode levar a grandes melhorias nas capacidades das superredes de pontos quânticos. Além de melhorar os dispositivos atuais, isso pode levar a novas aplicações, como verdadeiros dispositivos de eletroluminescência direta totalmente QD, lasers acionados eletricamente, dispositivos termoelétricos e detectores e sensores altamente sensíveis, que anteriormente estavam além do escopo dos materiais de pontos quânticos.”
Além do RIKEN, a equipe incluiu pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Tóquio, da Universidade de Tóquio, SPring-8 e da Universidade de Agricultura e Tecnologia de Tóquio.
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