(Phys.org) —Científicos del Laboratorio Nacional de Energía Renovable del Departamento de Energía de EE. UU. Y otros laboratorios han demostrado un proceso mediante el cual los puntos cuánticos pueden autoensamblarse en ubicaciones óptimas en nanocables, un gran avance que podría mejorar las células solares, computación cuántica, y dispositivos de iluminación.

Un artículo sobre la nueva tecnología, "Puntos cuánticos autoensamblados en un sistema de nanocables para fotónica cuántica, "aparece en el número actual de la revista científica Materiales de la naturaleza .

Los puntos cuánticos son pequeños cristales de semiconductor de unas mil millonésimas de metro de diámetro. A ese tamaño, exhiben comportamientos beneficiosos de la física cuántica, como formar pares de electrones y agujeros y recolectar el exceso de energía.

Los científicos demostraron cómo los puntos cuánticos pueden autoensamblarse en el vértice de la interfaz de nanocables de núcleo / capa de arseniuro de galio / arseniuro de galio y aluminio. Crucialmente, los puntos cuánticos, además de ser muy estable, se puede colocar con precisión en relación con el centro del nanoalambre. Esa precisión combinado con la capacidad de los materiales para proporcionar confinamiento cuántico tanto para los electrones como para los huecos, hace que el enfoque sea un cambio de juego potencial.

Los electrones y los huecos suelen ubicarse en la posición de energía más baja dentro de los límites de los materiales de alta energía en las nanoestructuras. Pero en la nueva demostración, el electrón y el agujero, superpuestos de una manera casi ideal, están confinados en el propio punto cuántico a alta energía en lugar de estar ubicados en los estados de energía más bajos. En este caso, ese es el núcleo de arseniuro de galio. Es como dar en el blanco más que en la periferia.

Los puntos cuánticos como resultado, son muy brillantes, espectralmente estrecho y altamente anti-agrupamiento, mostrando excelentes propiedades ópticas incluso cuando se encuentran a solo unos nanómetros de la superficie, una característica que incluso sorprendió a los científicos.

"Algunos científicos suizos anunciaron que habían logrado esto, pero a los científicos de la conferencia les costó creerlo, "dijo el científico senior de NREL Jun-Wei Luo, uno de los coautores del estudio. Luo se puso a trabajar en la construcción de un sistema de puntos cuánticos en nanocables utilizando la supercomputadora de NREL y pudo demostrar que, a pesar del hecho de que los bordes generales de la banda están formados por el núcleo de arseniuro de galio, las delgadas barreras ricas en aluminio proporcionan confinamiento cuántico tanto para los electrones como para los agujeros dentro del punto cuántico pobre en aluminio. Eso explica el origen de las transiciones ópticas altamente inusuales.

Son posibles varias aplicaciones prácticas. El hecho de que los puntos cuánticos estables se puedan colocar muy cerca de la superficie de los nanómetros plantea un enorme potencial para su uso en la detección de campos eléctricos y magnéticos locales. Los puntos cuánticos también podrían usarse para cargar convertidores para una mejor recolección de luz, como en el caso de las células fotovoltaicas.