Спасибо, что вы с нами!

Ученые из Петербурга заставили квантовые точки выстроиться в сверхрешетку

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

Комментарии
...