La investigación colaborativa en Notre Dame ha demostrado que las interacciones electrónicas juegan un papel importante en el cruce dimensional de nanomateriales semiconductores. El laboratorio de Masaru Kuno, profesor de química y bioquímica, y el grupo de teoría de la materia condensada de Boldizsár Jankó, profesor de física, Ahora hemos demostrado que una escala de longitud crítica marca la transición entre una dimensión cero, punto cuántico y un nanoalambre unidimensional.
Los resultados, "Crossover dimensional en nanoestructuras semiconductoras, "fueron publicados en Comunicaciones de la naturaleza . Matthew P. McDonald y Rusha Chatterjee del laboratorio de Kuno y Jixin Si del grupo de Jankó también son autores de la publicación.
Una estructura de puntos cuánticos posee las mismas dimensiones físicas en todas las direcciones, mientras que un cable cuántico exhibe una dimensión más larga que las otras. Esto significa que los puntos cuánticos y los nanocables hechos del mismo material exhiben diferentes respuestas ópticas y eléctricas a nanoescala, ya que estas propiedades dependen exquisitamente del tamaño y la forma. Por lo tanto, comprender la evolución dependiente del tamaño y la forma de las propiedades de los nanomateriales ha sido un enfoque central de la nanociencia durante las últimas dos décadas. Sin embargo, Nunca se ha establecido definitivamente cómo un punto cuántico evoluciona hacia un nanoalambre a medida que su relación de aspecto se hace progresivamente más grande. ¿Las propiedades cuánticas evolucionan gradualmente o hacen una transición repentina?
El laboratorio de Kuno descubrió que existe una longitud crítica donde un punto cuántico se vuelve como un nanoalambre. Los investigadores lograron este avance al realizar el primer estudio directo, mediciones de absorción de partículas individuales en nanobarras semiconductoras individuales, una especie intermedia entre los puntos cuánticos y los nanocables. Se utilizaron mediciones de partículas únicas en lugar de conjuntos para evitar los efectos de falta de homogeneidad de las muestras. Es más, Se empleó un enfoque de absorción en lugar de un enfoque de emisión de uso frecuente para eludir las limitaciones existentes de la microscopía moderna de partículas únicas basada en emisiones, a saber, su restricción a la observación de muestras altamente fluorescentes.
El descubrimiento marca un avance significativo en nuestra comprensión de la respuesta mecánica cuántica dependiente del tamaño y la forma de las nanoestructuras semiconductoras. "Todos los libros de texto de semiconductores o de estado sólido de nivel introductorio deben revisar lo que dicen sobre el cruce dimensional, ", Dijo Jankó." Este es otro ejemplo en el que las interacciones hacen que las cosas sean completamente diferentes ". Más allá de esto, Kuno sugiere que el enfoque de absorción de una sola partícula avanzado en el estudio "tiene efectos prácticos, aplicaciones del mundo real, tal vez 40 años después ”. Los ejemplos incluyen la detección ultrasensible genérica y sin etiquetas de especies químicas y biomoleculares de interés primordial en las esferas de la seguridad nacional y la salud pública.
El grupo de Kuno realizó los experimentos que llevaron al descubrimiento, mientras que el grupo de Jankó brindó apoyo teórico.
