Potencialmente allanando el camino hacia computadoras avanzadas, láser o dispositivos ópticos, investigadores de la Universidad de Wisconsin-Madison han revelado nuevos efectos en pequeños dispositivos electrónicos llamados puntos cuánticos.

En su trabajo, publicado recientemente en la revista Nano Letters , los investigadores desarrollaron y aplicaron métodos de análisis que ayudarán a responder otras preguntas desafiantes para el desarrollo de materiales electrónicos.

"Ahora podemos ver un conjunto de estructuras que la gente no podía ver antes", dice Paul Evans, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en UW-Madison.

"En estas estructuras, hay nuevos conjuntos de problemas cruciales de materiales que antes no podíamos pensar en resolver".

Las estructuras que examinaron Evans y sus colegas

son miles de veces más angostas que las hojas de papel individuales, y más pequeñas que las dimensiones de las células humanas individuales. En esas estructuras, se forman puntos cuánticos dentro de pilas muy delgadas de materiales cristalinos coronados por una disposición asimétrica de electrodos metálicos planos, delgados y delgados , similares a dedos. Entre las puntas de esos dedos metálicos hay pequeños espacios que contienen.

Sin embargo, crear tales estructuras precisas y mirar dentro de esos espacios pequeños es técnicamente desafiante, y los puntos no siempre se comportan como se espera.

Trabajos previos de los colaboradores de Evans en la Universidad de Tecnología de Delft en los Países Bajos, que crearon y estudiaron extensamente las estructuras de la pila de cristal, llevaron a sospechar que los puntos cuánticos eran diferentes en aspectos importantes de lo que se había diseñado.

Hasta ahora, medir esas diferencias no era posible

"Los enfoques de imágenes anteriores y el modelado no permitían a las personas caracterizar estructuralmente los dispositivos de puntos cuánticos en esta pequeña escala", dice Anastasios Pateras, un investigador postdoctoral en el grupo de Evans y el primer autor del artículo.

Pateras y sus colegas fueron pioneros en una estrategia para usar haces de rayos X muy enfocados para caracterizar los dispositivos de puntos , y eso dependía de un nuevo método para interpretar cómo se diseminaban los rayos X. Usando su enfoque, observaron cambios en el espaciado y la orientación de las capas atómicas dentro de los puntos c...

"Los puntos cuánticos deben ser casi perfectos", dice Evans. "Esta pequeña desviación de la perfección es importante".

El descubrimiento del equipo indica que el proceso de creación de puntos cuánticos (que coloca electrodos metálicos encima de un cristal cultivado en laboratorio) distorsiona el material por debajo ligeramente. Este fruncimiento crea tensión en el material, dando lugar a pequeñas distorsiones en los puntos cuánticos.

Comprender y explotar este efecto podría ayudar a los investigadores a crear puntos cuánticos de mejor comportamiento.

"Una vez que conoce estas cantidades, puede diseñar dispositivos que tengan en cuenta esa estructura ", dice Evans.

Los diseños con esas pequeñas imperfecciones en mente serán especialmente importantes para los dispositivos futuros donde muchos miles de puntos cuánticos deben funcionar todos juntos.

"Esto va a ser muy relevante porque, en este momento, hay múltiples fuentes de puntos cuánticos de decoherencia ", dice Pateras.

Los investigadores ahora están desarrollando un algoritmo para visualizar automáticamente las posiciones atómicas en cristales a partir de los patrones de dispersión de rayos X, dado que realizar los cálculos necesarios a mano probablemente consuma demasiado tiempo.

Además, están explorando cómo las técnicas podrían agregar conocimiento a otras estructuras difíciles de estudiar.

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