量子点形成有序材料

量子点是由大约1,000个原子组成的簇，它们充当一个大的“超级原子”。只需改变它们的大小，就可以准确地设计这些点的电子特性。然而，要制造功能性器件，必须将大量点组合成一种新材料。在此过程中，点的属性通常会丢失。

现在，由格罗宁根大学光物理与光电子学教授MariaAntoniettaLoi领导的团队通过自组织成功地制造了一种高导电光电子超材料。超材料在AdvancedMaterials杂志上有所描述。

PbSe(硒化铅)或PbS(硫化铅)的量子点可以将短波红外光转换为电流。这是制造探测器或电信开关的有用特性。

“然而，单个点并不能构成设备。当点组合在一起时，组件通常会失去单个点的独特光学特性，或者，如果它们确实保持它们，它们传输电荷载流子的能力就会变得非常差，”解释说洛伊。“这是因为很难从点中创建有序的材料。”

有序层

Loi与格罗宁根大学科学与工程学院Zernike先进材料研究所的同事合作，试验了一种方法，该方法允许从量子点的胶体溶液中生产超材料。这些点的大小约为5到6纳米，当组装成有序阵列时显示出非常高的电导率，同时保持其光学特性。

“我们从文献中了解到，点可以自组织成二维有序层。我们想将其扩展到3D材料，”Loi说。

为了实现这一点，他们在小容器中装满了一种液体，作为胶体量子点的“床垫”。“通过将少量注入液体表面，我们创造了一种2D材料。然后，添加更大体积的量子点最终产生了一种有序的3D材料。”

超晶格

这些点没有浸没在液体中，而是在表面上自我定向以实现低能量状态。

“这些点具有截断的立方体形状，当它们放在一起时，它们会在三个维度上形成一个有序的结构;一个超晶格，其中的点就像晶体中的原子一样，”Loi解释说。这种由量子点超原子组成的超晶格显示出针对量子点组件报道的最高电子迁移率。

探测器

需要特殊设备才能确定新的超材料是什么样子。该团队使用具有原子分辨率的电子显微镜来显示材料的细节。他们还使用称为掠入射小角度X射线散射的技术对材料的大尺度结构进行了“成像”。

“这两种技术都可以在Zernike研究所使用，这分别感谢我的同事BartKooi和GiuseppePortale，这对我很有帮助，”Loi说。

对材料电子特性的测量表明，它与块状半导体非常相似，但具有点的光学特性。因此，该实验为创建基于量子点的新超材料铺平了道路。本研究中使用的点对红外光的敏感性可用于制造电信设备的光学开关。“它们也可能用于夜视和自动驾驶的红外探测器。”

Loi对实验结果非常满意：“自1980年代以来，人们一直梦想实现这一目标。这就是将量子点组装成功能材料的尝试时间。我们已经实现了对结构和性能的控制超出了我们最疯狂的预期。”

Loi现在正致力于理解和改进从量子点构建扩展超晶格的技术，但也计划用其他构建块来这样做。“我们的下一步是改进技术，使材料更加完美，并用它们制造光电探测器。”