Один ключевой вызов модуляции деятельности в полупроводнике управляет своей шириной запрещенной зоны. Когда материал взволнован с энергией, скажем, световой импульс, чем шире его ширина запрещенной зоны, тем короче длина волны света это испускает. Чем более узкий ширина запрещенной зоны, тем дольше длина волны.
Поскольку электроника и устройства, которые включают их – смартфоны, ноутбуки и т.п. – стали меньшими и меньшими, полупроводниковые транзисторы, которые власть их сократила на грани того, чтобы быть не намного больше, чем атом. Они не могут стать намного меньшими. Чтобы преодолеть это ограничение, исследователи ищут способы использовать уникальные особенности наноразмерных атомных множеств группы – известный как квантовые сверхрешетки точки – для строительства электроники следующего поколения, такие как крупномасштабные квантовые информационные системы.
В квантовой сфере точность еще более важна.Новое исследование, проводимое Отделом Санта-Барбары UC Электротехники и Вычислительной техники, показывает важный шаг вперед в материалах сверхрешеток точности. Результаты профессором Костэвом Бэнерджи, его аспирантами Сюэцзюнь Се, Джиэхэо Кангом и Вэй Цао, постдокторантом Цзэ Хвань Чу и сотрудниками в Университете Райса появляются в журнале Nature Scientific Reports.Исследование их команды использует сосредоточенный электронный луч, чтобы изготовить крупномасштабную квантовую сверхрешетку точки, на которой у каждой квантовой точки есть определенный предопределенный размер, помещенный в точное местоположение на атомарно тонком листе двумерного (2-го) полупроводникового дисульфида молибдена (MoS2).
Когда сосредоточенный электронный луч взаимодействует с монослоем MoS2, это поворачивает ту область – который находится на заказе миллимикрона в диаметре – от полупроводникового до металлического. Квантовые точки могут быть помещены на расстоянии меньше чем в четыре миллимикрона, так, чтобы они стали искусственным кристаллом – по существу новый 2-й материал, где ширина запрещенной зоны может быть определена, чтобы заказать, от 1,8 до 1,4 электрон-вольт (эВ).
Это – первый раз, когда ученые создали большую площадь 2-я сверхрешетка – наноразмерные атомные группы в заказанной сетке – на атомарно тонком материале, на котором точно управляют и размером и местоположением квантовых точек. Процесс не только создает несколько квантовых точек, но и может также быть применен непосредственно к крупномасштабной фальсификации 2-х квантовых сверхрешеток точки. «Мы можем, поэтому, изменить полные свойства 2-го кристалла», сказал Бэнерджи.
Каждая квантовая точка действует как квант хорошо, где деятельность электронного отверстия происходит, и все точки в сетке достаточно близки друг к другу, чтобы гарантировать взаимодействия. Исследователи могут изменить интервал и размер точек, чтобы изменить ширину запрещенной зоны, которая определяет длину волны света, который это излучает.«Используя эту технику, мы можем спроектировать ширину запрещенной зоны, чтобы соответствовать применению», сказал Бэнерджи.
Квантовые сверхрешетки точки были широко исследованы для создания материалов с настраиваемыми ширинами запрещенной зоны, но все были сделаны, используя «восходящие» методы, в которых атомы естественно и спонтанно объединяются, чтобы сформировать макрообъект. Но те методы делают неотъемлемо трудным проектировать структуру решетки, как желаемый и, таким образом, достигнуть оптимальной работы.
Поскольку пример, в зависимости от условий, объединяя атомы углерода приводит только к двум результатам в большой части (или 3D) форма: графит или алмаз. Они не могут быть ‘настроены’ и так ничего не могут сделать промежуточным. Но когда атомы могут быть точно помещены, материал может быть разработан с желаемыми особенностями.«Наш подход преодолевает проблемы хаотичности и близости, позволяя контроль ширины запрещенной зоны и всех других особенностей, которые Вы могли бы хотеть, чтобы материал имел – с высоким уровнем точности», сказал Се. «Это – новый способ сделать материалы, и у него будет много использования, особенно в квантовых приложениях вычисления и коммуникации.
Точки на сверхрешетке так друг близко к другу, что электроны соединены, важное требование для квантового вычисления».Квантовая точка – теоретически искусственный «атом». Развитая техника делает такой дизайн и «настройку» возможного, позволяя нисходящий контроль размера и положение искусственных атомов в крупном масштабе.Чтобы продемонстрировать уровень достигнутого контроля, авторы произвели изображение «UCSB», разъясненного в сетке квантовых точек.
При помощи различных доз от электронного луча они смогли заставить различные области инициалов университета освещать в различных длинах волны.«Когда Вы изменяете дозу электронного луча, Вы можете изменить размер квантовой точки в местном регионе, и как только Вы делаете это, Вы можете управлять шириной запрещенной зоны 2-го материала», объяснил Бэнерджи. «Если Вы говорите, что хотите ширину запрещенной зоны 1,6 эВ, я могу дать ее Вам.
Если Вы хотите 1,5 эВ, я могу сделать это, также, начинающийся с того же самого материала».Эта демонстрация настраиваемой прямой ширины запрещенной зоны могла сопроводить новое поколение устройств светового излучения для приложений фотоники.