Potencialmente allanando el camino hacia computadoras avanzadas, láseres o dispositivos ópticos, Investigadores de la Universidad de Wisconsin-Madison han revelado nuevos efectos en pequeños dispositivos electrónicos llamados puntos cuánticos.

En su trabajo, publicado recientemente en la revista Nano letras , los investigadores desarrollaron y aplicaron métodos de análisis que ayudarán a responder otras preguntas desafiantes para el desarrollo de materiales electrónicos.

"Ahora podemos ver un conjunto de estructuras que la gente no podía ver antes, "dice Paul Evans, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en UW-Madison. "En estas estructuras, hay nuevos conjuntos de problemas de materiales cruciales que antes no podíamos pensar en resolver ".

Las estructuras que observaron Evans y sus colegas son miles de veces más estrechas que hojas de papel sueltas, y más pequeño que las dimensiones de las células humanas individuales. En esas estructuras, Los puntos cuánticos se forman dentro de pilas muy delgadas de materiales cristalinos coronados por una disposición asimétrica de planos, largo y delgado, electrodos metálicos en forma de dedos. Entre las puntas de esos dedos metálicos hay pequeños espacios que contienen puntos cuánticos.

Crear estructuras tan precisas y mirar dentro de esos pequeños espacios es técnicamente desafiante, sin embargo, y los puntos cuánticos no siempre se comportan como se esperaba.

Trabajo anterior de colaboradores de Evans en la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos, quien creó y estudió extensamente las estructuras de la pila de cristal, llevó a sospechar que los puntos cuánticos eran diferentes en aspectos importantes de lo que se había diseñado.

Hasta ahora, medir esas diferencias no fue posible.

“Los enfoques de imágenes anteriores y el modelado no permitían a las personas caracterizar estructuralmente los dispositivos de puntos cuánticos a esta pequeña escala, "dice Anastasios Pateras, becario postdoctoral en el grupo de Evans y primer autor del artículo.

Pateras y sus colegas fueron pioneros en una estrategia para usar haces de rayos X muy enfocados para caracterizar los dispositivos de puntos cuánticos, y eso dependía de un nuevo método para interpretar cómo se dispersaban los rayos X. Usando su enfoque, observaron cambios en el espaciado y la orientación de las capas atómicas dentro de los puntos cuánticos.

"Los puntos cuánticos deben ser casi perfectos, "dice Evans." Esta pequeña desviación de la perfección es importante ".

El descubrimiento del equipo indica que el proceso de creación de puntos cuánticos, colocando electrodos metálicos encima de un cristal cultivado en laboratorio, distorsiona ligeramente el material que se encuentra debajo. Este fruncido crea tensión en el material, dando lugar a pequeñas distorsiones en los puntos cuánticos. Comprender y explotar este efecto podría ayudar a los investigadores a crear puntos cuánticos con un mejor comportamiento.

"Una vez que conozca estas cantidades, luego puede diseñar dispositivos que tengan en cuenta esa estructura, "dice Evans.

Los diseños que tengan en cuenta esas pequeñas imperfecciones serán especialmente importantes para los dispositivos futuros en los que muchos miles de puntos cuánticos deben trabajar juntos.

"Esto será muy relevante porque, ahora, hay múltiples fuentes de puntos cuánticos de decoherencia, "dice Pateras.

Los investigadores ahora están desarrollando un algoritmo para visualizar automáticamente posiciones atómicas en cristales a partir de patrones de dispersión de rayos X, dado que realizar los cálculos necesarios a mano probablemente consumiría demasiado tiempo. Adicionalmente, están explorando cómo las técnicas podrían aportar conocimientos a otras estructuras difíciles de estudiar.