یک تئوری جدید برای نیمه هادی ها ساخته شده از نانو کریستال ها
اولین توضیح نظری نحوه حرکت جریان الکتریکی از طریق یک فیلم نازک از نانو کریستال ها
بزرگنمایی قبلی بعد
محققان ETH اولین توضیح نظری درباره چگونگی انجام جریان الکتریکی در نیمه هادی های ساخته شده از نانوکریستال ها ارائه داده اند. در آینده ، این می تواند منجر به ایجاد سنسورهای جدید ، لیزرها یا LED های صفحه نمایش تلویزیون شود.
چند سال پیش ، ما با صفحه نمایش تلویزیون با فن آوری QLED آشنا شدیم که رنگ های درخشان ایجاد می کند. "Q" در اینجا مخفف "نقطه کوانتومی" است. نقاط کوانتومی کریستال های یک ماده نیمه هادی هستند که تنها چند نانومتر در اندازه دارند و از دو هزار اتم تشکیل شده اند. آن نانو کریستال ها به حدی ریز هستند که الکترون های موجود در آنها فقط می توانند سطح انرژی مکانیکی کوانتومی به خوبی تعریف شده را بدست آورند. در نتیجه ، هنگامی که نقاط کوانتومی توسط نور پس زمینه تلویزیون روشن می شود ، با پرش کوانتومی بین آن سطوح ، نور یک رنگ خاص منتشر می شود.
در تلویزیون های QLED نسل بعدی ، امید این است که از برق استفاده کنید تا نقاط کوانتومی به جای اینکه به نور پس زمینه احتیاج داشته باشند ، به خودی خود درخشند. با این حال ، تا به امروز ، درک نظری از چگونگی حرکت جریان الکتریکی از طریق یک فیلم نازک از نانوکریستالها فاقد بود. گروهی از محققان گروه فناوری اطلاعات و مهندسی برق ETH زوریخ به رهبری ونسا وود اکنون این شکاف را بسته اند ، همانطور که در مجله علمی Communications گزارش می کنند.
تشک بهاری در مقابل میز
نظریه چگونگی حرکت جریان الکتریکی در نیمه هادی هایی که نانو نیستند بیش از نود سال شناخته شده است و ابزارهای نرم افزاری برای مدل سازی رفتار آنها وجود دارد. صنعت می تواند با افزودن آگاهانه اتم های ناخالصی (دوپینگ) ، ویژگی های الکترونیکی نیمه هادی ها را کنترل کند ، و این باعث تغییر در تعداد حامل های بار آزاد (الکترون) می شود. در مقابل ، نیمه هادی های متشکل از بسیاری از نقاط کوانتومی نانوکریستال کوچک با این روش ها قابل درمان نیستند.
در نانو کریستال ها ، اضافه کردن اتم های ناخالصی لزوماً به حامل های بار آزاد منجر نمی شود. علاوه بر این ، اتهامات رایگان به همان شیوه رفتار نمی کنند. "حامل های نیمه هادی در یک نیمه هادی معمولی مانند توپ های بولینگ که روی یک میز صاف می چرخند حرکت می کنند ، در حالی که در یک ماده نانو کریستال مانند توپ های بولینگ روی یک تشک نرم عمل می کنند ، در حال غرق شدن و تغییر شکل آن هستند" ، چوب این مسئله را نشان می دهد.
مدل سازی تقاضا
برای مدل سازی نظری این بدان معنی است که اتم های موجود در شبکه کریستالی نیمه هادی نانو کریستال را نمی توان به سادگی به عنوان نقاط ثابت نگاه کرد ، این چیزی است که معمولاً با نیمه هادی های معمولی انجام می شود. نوری یزدانی ، که در گروه تحقیقاتی وود به عنوان دانشجوی دکتری کار می کرد ، توضیح می دهد: "در عوض ، ما مجبور بودیم که هر یک از چند صد هزار اتم را در بسیاری از نانوکریستال های مواد و نحوه تعامل هر اتم با حامل های بار از نظر ریاضیاتی توصیف کنیم. اولین نویسنده مطالعه اخیراً منتشر شده
با استفاده از مرکز سوپر رایانه سوئیسی CSCS در لوگانو ، یزدانی یک کد پیچیده را اجرا کرد که در آن تمام جزئیات مشکل - حرکت الکترون ها و اتم ها و همچنین تعامل بین آنها - در نظر گرفته می شد. یزدانی می گوید: "به ویژه ، ما می خواستیم بفهمیم که حامل های بار در بین نانو کریستال های واحد چگونه حرکت می کنند و چرا" گیر افتاده "می شوند و نمی توانند ادامه یابند."
نتایج حاصل از شبیه سازی های رایانه ای کاملاً آشکار بود. معلوم شد که عامل تعیین کننده چگونگی تشکیل مواد متشکل از بسیاری از نانو کریستال های جریان الکتریکی ، کوچکترین تغییر شکل کریستال ها ، تنها چند هزارم نانومتر است که منجر به تغییر عظیمی در انرژی الکترواستاتیک می شود. هنگامی که بار مواد را در اطراف خود تغییر شکل می دهد ، این به عنوان قطبی شناخته می شود ، و شبیه سازی های یزدانی نشان می دهد که جریان از طریق قطبش ها جریان می یابد و از یک نانوکریستال به سمت دیگر حرکت می کند.
یک مدل همه را توضیح می دهد
مدل توضیح می دهد که چگونه با تغییر اندازه نانوکریستال ها و نحوه بسته بندی آنها در فیلم ، خصوصیات الکترونیکی نیمه هادی های مبتنی بر نانو کریستال تغییر می یابد. برای آزمایش پیش بینی های شبیه سازی آنها ، این گروه فیلم های نازکی از نانوکریستال ها را در آزمایشگاه تولید کرده و پاسخ الکتریکی را برای ولتاژ و دمای متفاوت اعمال شده اندازه گیری کرد. در این آزمایشات ، آنها با استفاده از یک پالس لیزر کوتاه ، الکترونهای آزاد را در یک طرف مواد ایجاد کرده و سپس هنگام رسیدن به انتهای دیگر ، مشاهده کردند. نتیجه: برای هر یک از چند صد آزمایش مختلف ، شبیه سازی رایانه خواص الکتریکی را کاملاً پیش بینی کرد.
وود می گوید: "پس از هشت سال کار شدید ، ما اکنون الگویی را ایجاد کرده ایم که در نهایت می تواند نه تنها آزمایشات ما بلکه بسیاری از گروههای تحقیقاتی دیگر طی سالهای گذشته کمی را توضیح دهد." "چنین مدلی محققان و مهندسان را قادر می سازد تا در آینده خواص یک نیمه رسانای نانو کریستال را حتی قبل از تولید محاسبه کنند." این امر باعث می شود که بتوان چنین مواد را برای برنامه های خاص بهینه کرد. وود می افزاید: "تاكنون این كار با آزمایش و خطا انجام شده است."
با استفاده از نتایج محققان ETH ، در آینده می توان از نیمه هادی های مفید از مواد نانوکریستال برای کاربردهای مختلف در سنسورها ، لیزرها یا LED ها - همچنین برای صفحه های تلویزیون استفاده کرد. از آنجا که می توان ترکیب ، اندازه و چیدمان نانوکریستال ها را در طول تولید آنها کنترل کرد ، چنین موادی نوعی تنوع بسیار گسترده تری از خواص الکتریکی نسبت به نیمه هادی های سنتی وعده می دهند.
یک تئوری جدید برای نیمه هادی ها ساخته شده از نانو کریستال ها
اولین توضیح نظری نحوه حرکت جریان الکتریکی از طریق یک فیلم نازک از نانو کریستال ها
بزرگنمایی قبلی بعد
محققان ETH اولین توضیح نظری درباره چگونگی انجام جریان الکتریکی در نیمه هادی های ساخته شده از نانوکریستال ها ارائه داده اند. در آینده ، این می تواند منجر به ایجاد سنسورهای جدید ، لیزرها یا LED های صفحه نمایش تلویزیون شود.
چند سال پیش ، ما با صفحه نمایش تلویزیون با فن آوری QLED آشنا شدیم که رنگ های درخشان ایجاد می کند. "Q" در اینجا مخفف "نقطه کوانتومی" است. نقاط کوانتومی کریستال های یک ماده نیمه هادی هستند که تنها چند نانومتر در اندازه دارند و از دو هزار اتم تشکیل شده اند. آن نانو کریستال ها به حدی ریز هستند که الکترون های موجود در آنها فقط می توانند سطح انرژی مکانیکی کوانتومی به خوبی تعریف شده را بدست آورند. در نتیجه ، هنگامی که نقاط کوانتومی توسط نور پس زمینه تلویزیون روشن می شود ، با پرش کوانتومی بین آن سطوح ، نور یک رنگ خاص منتشر می شود.
در تلویزیون های QLED نسل بعدی ، امید این است که از برق استفاده کنید تا نقاط کوانتومی به جای اینکه به نور پس زمینه احتیاج داشته باشند ، به خودی خود درخشند. با این حال ، تا به امروز ، درک نظری از چگونگی حرکت جریان الکتریکی از طریق یک فیلم نازک از نانوکریستالها فاقد بود. گروهی از محققان گروه فناوری اطلاعات و مهندسی برق ETH زوریخ به رهبری ونسا وود اکنون این شکاف را بسته اند ، همانطور که در مجله علمی Communications گزارش می کنند.
تشک بهاری در مقابل میز
نظریه چگونگی حرکت جریان الکتریکی در نیمه هادی هایی که نانو نیستند بیش از نود سال شناخته شده است و ابزارهای نرم افزاری برای مدل سازی رفتار آنها وجود دارد. صنعت می تواند با افزودن آگاهانه اتم های ناخالصی (دوپینگ) ، ویژگی های الکترونیکی نیمه هادی ها را کنترل کند ، و این باعث تغییر در تعداد حامل های بار آزاد (الکترون) می شود. در مقابل ، نیمه هادی های متشکل از بسیاری از نقاط کوانتومی نانوکریستال کوچک با این روش ها قابل درمان نیستند.
در نانو کریستال ها ، اضافه کردن اتم های ناخالصی لزوماً به حامل های بار آزاد منجر نمی شود. علاوه بر این ، اتهامات رایگان به همان شیوه رفتار نمی کنند. "حامل های نیمه هادی در یک نیمه هادی معمولی مانند توپ های بولینگ که روی یک میز صاف می چرخند حرکت می کنند ، در حالی که در یک ماده نانو کریستال مانند توپ های بولینگ روی یک تشک نرم عمل می کنند ، در حال غرق شدن و تغییر شکل آن هستند" ، چوب این مسئله را نشان می دهد.
مدل سازی تقاضا
برای مدل سازی نظری این بدان معنی است که اتم های موجود در شبکه کریستالی نیمه هادی نانو کریستال را نمی توان به سادگی به عنوان نقاط ثابت نگاه کرد ، این چیزی است که معمولاً با نیمه هادی های معمولی انجام می شود. نوری یزدانی ، که در گروه تحقیقاتی وود به عنوان دانشجوی دکتری کار می کرد ، توضیح می دهد: "در عوض ، ما مجبور بودیم که هر یک از چند صد هزار اتم را در بسیاری از نانوکریستال های مواد و نحوه تعامل هر اتم با حامل های بار از نظر ریاضیاتی توصیف کنیم. اولین نویسنده مطالعه اخیراً منتشر شده
با استفاده از مرکز سوپر رایانه سوئیسی CSCS در لوگانو ، یزدانی یک کد پیچیده را اجرا کرد که در آن تمام جزئیات مشکل - حرکت الکترون ها و اتم ها و همچنین تعامل بین آنها - در نظر گرفته می شد. یزدانی می گوید: "به ویژه ، ما می خواستیم بفهمیم که حامل های بار در بین نانو کریستال های واحد چگونه حرکت می کنند و چرا" گیر افتاده "می شوند و نمی توانند ادامه یابند."
نتایج حاصل از شبیه سازی های رایانه ای کاملاً آشکار بود. معلوم شد که عامل تعیین کننده چگونگی تشکیل مواد متشکل از بسیاری از نانو کریستال های جریان الکتریکی ، کوچکترین تغییر شکل کریستال ها ، تنها چند هزارم نانومتر است که منجر به تغییر عظیمی در انرژی الکترواستاتیک می شود. هنگامی که بار مواد را در اطراف خود تغییر شکل می دهد ، این به عنوان قطبی شناخته می شود ، و شبیه سازی های یزدانی نشان می دهد که جریان از طریق قطبش ها جریان می یابد و از یک نانوکریستال به سمت دیگر حرکت می کند.
یک مدل همه را توضیح می دهد
مدل توضیح می دهد که چگونه با تغییر اندازه نانوکریستال ها و نحوه بسته بندی آنها در فیلم ، خصوصیات الکترونیکی نیمه هادی های مبتنی بر نانو کریستال تغییر می یابد. برای آزمایش پیش بینی های شبیه سازی آنها ، این گروه فیلم های نازکی از نانوکریستال ها را در آزمایشگاه تولید کرده و پاسخ الکتریکی را برای ولتاژ و دمای متفاوت اعمال شده اندازه گیری کرد. در این آزمایشات ، آنها با استفاده از یک پالس لیزر کوتاه ، الکترونهای آزاد را در یک طرف مواد ایجاد کرده و سپس هنگام رسیدن به انتهای دیگر ، مشاهده کردند. نتیجه: برای هر یک از چند صد آزمایش مختلف ، شبیه سازی رایانه خواص الکتریکی را کاملاً پیش بینی کرد.
وود می گوید: "پس از هشت سال کار شدید ، ما اکنون الگویی را ایجاد کرده ایم که در نهایت می تواند نه تنها آزمایشات ما بلکه بسیاری از گروههای تحقیقاتی دیگر طی سالهای گذشته کمی را توضیح دهد." "چنین مدلی محققان و مهندسان را قادر می سازد تا در آینده خواص یک نیمه رسانای نانو کریستال را حتی قبل از تولید محاسبه کنند." این امر باعث می شود که بتوان چنین مواد را برای برنامه های خاص بهینه کرد. وود می افزاید: "تاكنون این كار با آزمایش و خطا انجام شده است."
با استفاده از نتایج محققان ETH ، در آینده می توان از نیمه هادی های مفید از مواد نانوکریستال برای کاربردهای مختلف در سنسورها ، لیزرها یا LED ها - همچنین برای صفحه های تلویزیون استفاده کرد. از آنجا که می توان ترکیب ، اندازه و چیدمان نانوکریستال ها را در طول تولید آنها کنترل کرد ، چنین موادی نوعی تنوع بسیار گسترده تری از خواص الکتریکی نسبت به نیمه هادی های سنتی وعده می دهند.
پمپ وکیوم خلاء حلقه مایع برای فشار خلاء