Quantenpunkte sind künstliche Nano-Halbleitermaterialien, die aus nur wenigen tausend Atomen bestehen. Aufgrund der geringen Anzahl von Atomen liegen die Eigenschaften von Quantenpunkten zwischen einem einzelnen Atom oder Molekül und einem Volumenmaterial mit einer großen Anzahl von Atomen. 

Durch die Änderung der Größe und Form von Nanopartikeln ist es möglich, ihre elektronischen und optischen Eigenschaften zu verfeinern – wie sich Elektronen im Material verbinden und bewegen und wie Licht von diesem absorbiert und emittiert wird.

Da die Kontrolle der Größe und Form von Nanopartikeln immer verfeinert wird, wächst auch die Zahl der kommerziellen Anwendungen. Zu diesen Technologien gehören Laser, LEDs und Fernseher mit Quantenpunkttechnologie.

Nanomaterialien aus Perowskit werden in Hexan dispergiert und mit Laser bestrahlt. Die Lichtemission dieser Materialien ist aufgrund ihrer Beständigkeit gegen Oberflächenfehler sehr stark

Es gibt jedoch ein Problem, das die Effizienz von Geräten oder Geräten beeinträchtigen kann, die solche Nanomaterialien als aktive Medien verwenden. Wenn Licht von einem Material absorbiert wird, werden die Elektronen auf ein höheres Energieniveau angehoben, und wenn sie in ihren Grundzustand zurückkehren, kann jedes Elektron ein Photon an die Umgebung abgeben. Bei traditionellen Quantenpunkten wird der Prozess der Rückkehr von Elektronen in ihren Grundzustand durch verschiedene Quantenphänomene gestört, wodurch die Lichtemission an die Außenwelt verzögert wird.

Auf diese Weise enthaltene Elektronen, der sogenannte "dunkle Zustand", behindert die Emission von Licht. Im Gegensatz dazu können Elektronen schnell in den Grundzustand zurückkehren und dadurch Licht effizienter und direkter emittieren („heller Zustand“).

Bei einem neuartigen Nanomaterial aus Perowskit kann diese Verzögerung verkürzt werden, was bei Materialwissenschaftlern auf großes Interesse gestoßen ist.

Eine Studie, die von Forschern der Universität Campinas am Institute of Chemistry and Physics (by) in Sao Paulo, Brasilien, mit Wissenschaftlern der University of Michigan in den USA durchgeführt wurde, hat große Fortschritte in diese Richtung gemacht und neue Erkenntnisse über Calcium Die grundlegende Physik der Titanerz-Quantenpunkte. Ein Artikel über diese Forschung wurde in der Zeitschrift "Science Advances" veröffentlicht.

Wir verwenden Kohärenzspektroskopie, die es uns ermöglicht, das elektronische Verhalten jedes Nanomaterials in einer Sammlung von mehreren zehn Milliarden Nanometermaterialien separat zu analysieren. Diese Forschung ist bahnbrechend, weil sie ein relativ neues Nanomaterial – Perowskit – mit einer völlig neuen Detektionstechnologie kombiniert. Lázaro Padilha Junior, der leitende Forscher des Projekts in Brasilien, sagte gegenüber Agência FAPESP.

FAPESP unterstützte diese Forschung durch die Gewährung eines Stipendiums für junge Forscher und eines regulären Forschungsstipendiums an Padilha.

Padilha sagte, dass wir in der Lage waren, die Energieanordnung zwischen dem hellen Zustand (bezogen auf Tripletts) und dem dunklen Zustand (bezogen auf einzelne Drähte) zu überprüfen und zu zeigen, wie diese Anordnung von der Größe des Nanomaterials abhängt. Wir haben auch die Wechselwirkung zwischen diesen Zuständen entdeckt, die Möglichkeiten für den Einsatz dieser Systeme in anderen technischen Bereichen wie der Quanteninformation bietet.

Aufgrund der Kristallstruktur des Perowskits wird das Helligkeitsenergieniveau in drei Energieniveaus unterteilt, die drei Energieniveaus bilden. Dies bietet verschiedene Möglichkeiten zur Anregung und Rückkehr von Elektronen in den Grundzustand. Das auffälligste Ergebnis der Studie, durch die Analyse der Eigenschaften der drei hellen Lebenszustände und des von der Probe emittierten Signals, erhielten wir Beweise dafür, dass der dunkle Zustand existiert, sich aber in drei Zuständen mit Energieniveaus höher als zwei helle befindet. Das heißt, wenn Licht auf die Probe trifft, werden die angeregten Elektronen nur bei der höchsten hellen Energie eingefangen und dann in den dunklen Zustand überführt. Wenn sie eine geringere Helligkeit einnehmen, können sie effektiver in ihren Grundzustand zurückkehren.

Um die Wechselwirkung von Elektronen und Licht in diesen Materialien zu untersuchen, verwendet die Gruppe multidimensionale Kohärenzspektroskopie (mdc), in einem Burst von ultrakurzen Laserpulsen (etwa 80 Femtosekunden pro Periode oder 80/1000000000000000 Sekunden) Strahlkühlung auf minus 269 in Perowskitproben Grad Celsius.

Der Puls bestrahlt die Probe in streng kontrollierten Intervallen. Durch Modifikation des Intervalls und der Funktion des vom Sondenlicht emittierten Abtastintervalls können wir die Elektron-Licht-Wechselwirkung und ihre Dynamik mit hoher zeitlicher Genauigkeit analysieren, die typische Wechselwirkungsära, ihr Energieniveau und die Wechselwirkung mit anderen Teilchen abbilden.

Die MDCS-Technologie kann verwendet werden, um Milliarden von Nanopartikeln gleichzeitig zu analysieren und zwischen verschiedenen Familien von Nanopartikeln in der Probe zu unterscheiden.

Das experimentelle System wurde von einem Team unter der Leitung von Steven Cundiff, einem leitenden Forscher an der University of Michigan, entwickelt. Einige dieser Messungen wurden von Diogo Almeida, einem ehemaligen Mitglied des Candiff-Teams, das jetzt im Ultrafast Spectroscopy Laboratory von Unikamp arbeitet, durchgeführt und unter der Leitung von Padilla erhalten. FAPESP-Postdoc-Stipendium.

Die Quantenpunkte wurden von Luiz Gustavo Bonato, einem Doktoranden am UNICAMP Institute of Chemistry, synthetisiert. Ana Flávia Nogueira, die Co-Forschungsleiterin der brasilianischen Studie, sagte, dass Bonatos Bemühungen bei der Herstellung von Quantenpunkten und seinen Lösungen sehr wichtig sind. Dies lässt sich an der Qualität und Größe von Quantenpunkten und den Eigenschaften von Nanomaterialien ablesen. Seien Sie bewiesen. Nogueira ist Professorin am Institut für Chemie (IQ-UNICAMP) und leitender Forscher der ersten Forschungsabteilung des New Energy Innovation Center (CINE), dem Engineering Research Center (ERC), das von FAPESP und Shell gegründet wurde.

Die erzielten Ergebnisse sind sehr wichtig, da die Kenntnis der optischen Eigenschaften von Materialien und ihres elektronischen Verhaltens Chancen für die Entwicklung neuer Technologien in der Halbleiteroptik und -elektronik bietet. Der Zusatz von Perowskit wird mit hoher Wahrscheinlichkeit das bedeutendste Merkmal der nächsten Generation von Fernsehgeräten werden.

Link zu diesem Artikel: Die Verwendung von Perowskit-Nanomaterialien wird voraussichtlich elektronische Geräte der nächsten Generation revolutionieren

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