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下一代显示器和光伏电池性能有望大幅提升!纳米晶体关键障碍被克服

作者: 精装之家 来源: 精装之家 发布时间: 2022年03月28日 19:43:38

财联社(上海,编辑 黄君芝)讯,据报道,芝加哥大学(UChicago)化学家们的突破性进展可能会产生“未来设备”,如下一代显示器和太阳能(000591)电池。

事实上,自20世纪50年代以来,技术构件已经变得越来越小。但是为了创造未来的电子产品,比如更强大的手机,更高效的太阳能电池,甚至是量子计算机,科学家们需要在最微小的尺度上开发出全新的技术。

科学家们感兴趣的一个领域是纳米晶体。这些微小的晶体可以自己组合成许多形态,但科学家们一直难以弄清楚如何让它们彼此“交谈”。一项新的研究在使纳米晶体以电子方式协同工作方面取得了突破。这项研究成果已于近期发表在了《科学》(Science)杂志上,可能会为未来具有新功能的设备打开大门。

下一代显示器和光伏电池性能有望大幅提升!纳米晶体关键障碍被克服

这篇论文的通讯作者,芝加哥大学教授Dmitri Talapin说,“我们称这些为超级原子构件,因为它们可以赋予新的能力。例如,让相机看到红外线范围。但是直到现在,要把它们组装成结构并让它们相互‘交谈’是非常困难的。现在,我们第一次不必再做选择。这是一个变革性的改进。”

该研究的第一作者之一、化学博士生乔希·波特纳(Josh Portner)说,在他们的论文中,科学家们列出了设计规则,这些规则应该允许创造许多不同类型的材料。

事实上,在这之前,科学家们也可以用许多不同的材料(金属、半导体和磁铁)制造出纳米晶体,每一种材料都会产生不同的性能。但问题是,每当他们试图将这些纳米晶体组装成阵列时,新的超晶体会在它们周围长出长长的“毛发”。

这些毛发使得电子很难从一个纳米晶体跳到另一个。电子是电子通信的信使,它们移动方便的能力是任何电子设备的关键部分。

下一代显示器和光伏电池性能有望大幅提升!纳米晶体关键障碍被克服

研究人员需要一种方法来减少每个纳米晶体周围的“毛发”,这样他们就可以把它们包得更紧,并减少中间的空隙。研究人员表示,“当这些空隙只有原来的三分之一时,电子跳过的概率就会高出10亿倍左右。它随距离的变化非常强烈。”

为了剃掉这些“毛发”,他们试图了解在原子水平上发生了什么。研究发现,生长超级晶体的部分过程是在溶液中完成的。事实证明,随着晶体的生长,它们经历了一个不寻常的转变,其中气态、液态和固态相全部共存。

研究人员表示,通过精确控制该阶段的化学反应,他们可以创造出具有更硬、更细外表的晶体,这些晶体可以更紧密地挤在一起。他们说,“了解它们的相行为对我们来说是一个巨大的飞跃。”

完整的应用范围仍不清楚,但科学家们可以想到该技术可能导致的多个领域。研究人员说,“例如,也许每个晶体可以成为量子计算机中的一个量子比特;将量子比特耦合成阵列是目前量子技术的基本挑战之一。”