Текст уведомления здесь

Ученые из Петербурга заставили квантовые точки выстроиться в сверхрешетку

А помогли им в этом специальные «шубы» из олеиновой кислоты.
Добавить в закладки
Комментарии

Физики из Университета ИТМО и СПбГУ совместно с коллегами из Тринити-колледжа в Дублине впервые продемонстрировали процесс самосборки трехмерной сверхрешетки квантовых точек из сульфида свинца (PbS). Ее удалось добиться через образование мицелл —оболочек из олеиновой кислоты, окутывающих квантовые точки при испарении содержащего из раствора. Результаты исследования опубликованы в журнале Nanoscale.

Кристаллами называют твердые тела, атомы которых расположены строго упорядоченно, образуя трехмерную периодическую укладку — кристаллическую решетку. Про атомы в таких случаях говорят, что они находятся в узлах решетки. Сверхрешетка (англ. mesocrystal, supercrystal) — такое же периодическое образование, в узлах которого находятся уже не отдельные атомы, а целые кристаллы или наночастицы. Свойства таких материалов определяются как строением «узловых» частиц, так и их упаковкой: расстоянием, типом симметрии и другими параметрами.

Команде ученых из Университета ИТМО удалось получить трехмерные сверхрешетки из квантовых точек — маленьких частиц полупроводника сульфида свинца (PbS). Квантовые точки называются так потому, что их размеры настолько микроскопические, что близки к длине волны электрона в используемом полупроводниковом материале. Внутри нее потенциальная энергия электрона ниже, чем за его пределами, и таким образом его движение ограничено: электрон словно «посажен» в потенциальную яму. Главные отличия квантовых точек от полупроводников макроразмера — их электрические характеристики зависят от размера и формы, а при переходе электрона на другой энергетический уровень они способны испускать фотон. Из-за этого свойства квантовые точки используют при создании современных дисплеев.

На первом этапе работы петербургские физики получили сами квантовые точки PbS из оксида свинца, олеиновой кислоты и бис-триметилсилилсульфида. Варьируя условия, авторы вырастили точки трех разных размеров — в 3, в 4,5 и в 7 нм. Далее ученые проверили, какие из них будут лучше организовываться в сверхрешетки. А затем инициировали и сам процесс самосборки: для этого было достаточно просто открыть емкости с растворами квантовых точек и оставить их на несколько суток для испарения растворителя.

В завершающей стадии эксперимента важную роль сыграла олеиновая кислота — амфифильное вещество, которое одновременно обладает и лиофильными, и лиофобными свойствами, то есть стремится и смешаться с растворителем, и образовать отдельную фазу. За счет такого сложного взаимодействия олеиновая кислота формирует мицеллы — окутывает каждую квантовую точку поверхностно-активной «шубой». В процессе медленного испарения растворителя такие мицеллы успешно самоорганизовались в симметричные кристаллические образования. Большинство полученных авторами кристаллов имело форму стержней около 1,5 мкм в длину и от 200 до 400 нм в ширину. Расстояние между квантовыми точками в узлах решетки составляло от 10 до 40 нм.

Последующий анализ полученных образцов методом малоуглового рентгеновского рассеяния показал, что успешнее всего «самоорганизовались» мицеллы крупных квантовых точек (с диаметром 4,5 и 7 нм). Если же их размеры были меньше, то мицеллы слабее взаимодействовали друг с другом. А вот химический состав квантовых точек, по мнению авторов, никак не влияет на процесс самосборки: олеиновая кислота может одинаково эффективно прикрепляться к самым разным частицам. Поэтому в дальнейшем ученые планируют использовать метод испарения для получения сверхрешеток других наночастиц — как полупроводниковых, так и проводящих или магнитных.

Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

В Сколтехе из дырявых нанотрубок сделали болометр

Теперь его передадут астрономам для изучения процессов образования звезд.
Добавить в закладки
Комментарии

Химики из Сколковского института науки и технологий и НИТУ МИСиС совместно с коллегами из Финляндии разработали новый прибор для улавливания электромагнитного излучения. В его основе детектор из обработанных для повышения чувствительности кислородом углеродных нанотрубок. Статья с результатами работы опубликована в журнале Nanoscale.

Болометром называют прибор для измерения мощности электромагнитного излучения. Датчики болометров изготавливают из материалов, электрическое сопротивление которых очень чувствительно к изменению температуры. Когда материал поглощает электромагнитную энергию, он нагревается и его сопротивление повышается.

Конструкции современных болометров делают их пригодными для улавливания электромагнитного излучения в широком диапазоне — ультрафиолетового, видимого, инфракрасного. Впрочем, для большинства диапазонов есть более простые и удобные методы, например термопары, фотовольтаические полупроводниковые детекторы и т.д. Поэтому в основном болометры применяют для улавливания так называемого субмиллиметрового излучения, которое приходит из космоса. Так называют излучение с длиной волны от 1 микрометра до 1 миллиметра. Оно лежит на шкале энергии между инфракрасным и микроволновым излучением. Изучение такого излучения очень важно в астрономии: с его помощью ученые исследуют образование звезд, вычисляя состав различных молекулярных облаков и ядер темных туманностей вокруг новой звезды.

Углеродные нанотрубки — цилиндры, состоящие из одной или нескольких свернутых в трубку графеновых плоскостей, — уже использовались ранее в детекторах болометров. Сейчас ученые работают над улучшением их характеристик: быстроты реакции и чувствительности. [ ... ]

Читать полностью

Течь в Марианской впадине оказалась вчетверо больше, чем ожидалось

Благодаря новым сейсмическим данным геологи выяснили, что за год из впадины утекает в недра Земли свыше ста тонн воды на метр разлома

Марианская впадина находится на  стыке двух тектонических плит — Тихоокеанской и Филиппинской. Тихоокеанская плита медленно движется в сторону Азии и подныривает под Филиппинскую, уходя в глубь низлежащего слоя, мантии. Вместе с собой плита уносит и воду, но точное количество утекающей в глубь планеты жидкости оставалось неясным. Работа исследователей, сотрудников университета штата Вашингтон и университета Стони-Брук в Нью-Йорке, позволила уточнить объемы «марианской течи».
Добавить в закладки
Комментарии

Чтобы получить картину происходящего на глубинах в десятки километров ниже самой глубокой впадины, ученые расставили на дне океана 19 сейсмометров, а еще семь аналогичных устройств разместили на островах; все вместе они регистрировали сейсмические волны, распространяющиеся внутри нашей планеты.

Сейсмические волны возникают как при землетрясениях, так и в ходе различных фоновых процессов, не сопровождающихся значимыми подземными толчками. Наблюдение за их распространением является стандартным методом изучения внутреннего строения планеты уже больше ста лет: именно благодаря отражению волн, расходящихся от землетрясения, в 1897 году немецкий исследователь Иоганн Вихерт обнаружил ядро Земли, а в наши дни «простукивание и прослушивание» недр повсеместно используется для поиска нефти. Точно так же теперь геологи смогли получить гораздо более качественные данные о строении глубинных слоев и точнее оценить содержание воды в увлекаемых внутрь мантии частях коры.

Схема расположения тектонических плит. Как правило, на месте стыков формируются либо горы, либо впадины; также в этих местах часто возникают вулканыUSGS, Bolelav1 / Wikimedia commons

Как оказалось, прошлые исследования давали число примерно в четыре раза меньшее, чем показало новое исследование. [ ... ]

Читать полностью

В Университете ИТМО подчинили свет дефектными наноалмазами

С их помощью физикам удалось создать необычный источник света — с параметрами, которых до сих пор добиться не удавалось.
Добавить в закладки
Комментарии

Физики из Университета ИТМО впервые в мире разработали управляемый источник света на основе наноалмаза. Эксперименты показали, что алмазная оболочка вдвое усиливает интенсивность его излучения и позволяет управлять им без дополнительных нано- и микроструктур. Этого удалось добиться с помощью искусственно созданных дефектов в алмазной кристаллической решетке. Полученные результаты важны для разработки квантовых компьютеров и оптических сетей будущего. Соответствующая статья опубликована в Nanoscale.

Как известно, антенны могут не только принимать фотоны, но и излучать их. Причем в качестве управляемых источников фотонов такие активные диэлектрические антенны почти незаменимы для разработки квантовых компьютеров, оптических сетей связи и систем визуализации. Хорошим кандидатом в такие антенны являются плазмонные металлические наночастицы. Они достаточно компактны, но все же и с ними есть проблемы — оптические потери и нагрев этих частиц. Поэтому в Университете ИТМО активно развивается направление диэлектрической нанофотоники — создаются наноантенны на основе перовскитов и кремния. Теперь там же впервые в мире разработали концепцию активных диэлектрических наноантенн на основе наноалмазов.

Алмазная наночастица. Изображение: пресс-служба Университета ИТМО.

Алмазная наночастица. Изображение: пресс-служба Университета ИТМО.

Наноалмазы — это углеродные наноструктуры с уникальными свойствами. Они обладают достаточно высоким показателем преломления, высокой теплопроводностью и при нормальных условиях почти не взаимодействуют химически с другими веществами. В новой работе ученые использовали наноалмазы с так называемыми центрами азот-вакансии или NV-центрами. Их создают искусственно: при удалении атома углерода из кристаллической решетки образовавшаяся «вакансия» связывается с внедренным атомом азота. Электронным спином такого дефекта (условно — «направлением вращения» частицы вокруг своей оси) легко управлять с помощью света. Поменяв состояние («переключив» спин) с одного на другое (с «ноля» на условную «единицу»), можно записывать или считывать квантовую информацию. [ ... ]

Читать полностью