Lawrence Berkeley Rahvusvahelise Laboratooriumi direktor Paul Alivisantos ja Illinoi Ülikooli keemik Parshant Jaini on koos kaasteadlastega avastanud põhjuse, miks katioon-vahetamise meetodil valmistatud nanokristallid on seni olnud halvad valguskiirgurid. Probleem seisneb avastuse kohaselt valmiskristalli koostisdefektides. Töörühm näitas, et probleemidest aitab vabaneda soojus.
Pildil on näha katood-vahetuse meetodil valmistatud CdSe/CuS nanokristallide luminestsents. Vasakul on ebapuhtustega CdSe/CuS lahus ning paremal puhas.
“Nanokristallide kuumutamisel 100 oC-ni suutsime ebapuhtused eemaldada ning väljastatava valgusvoo 30 tunniga 400 kordistada,” ütleb Jain. “Ebapuhtuste eemaldamisel muutusid katioon-vahetamisel ning tavameetodil sünteesitud nanokristallide optoelektroonilised omadused võrreldavaks. See tähendab, et saame katioon-vahetamise meetodit rakendada ulatuslikul skaalal kõrge kvaliteediga kvant-täppide ning nanopulkade (loe siit, tegemist ei ole nanotorudega) tootmiseks,” lisab ta.
Kvant-täpid ning nanopulgad (nanorod) on laia kasutusalaga valgust kiirgavad pooljuht nanokristallid. Tüüpiliselt sünteesitakse kristallid kolloidlahustest. Alternatiivselt on keemiliste meetoditega võimalik olemasoleva kristallvõre katioonide vahetamine mõne muu katioonitüübi vastu. Katioon-vahetuse tehnika võimaldab toota kristalle, nende sisu või välispindasid, mida harilikema kolloidlahuste meetodiega võimalik teha ei ole. Tegemist on heterostruktuuridega, milles on üks pooljuht täielikult ümbritsetud teisest, näiteks CdSe tuum ning CdS kest.
„Seni on aga lihtsa ning odava katioodmeetodi tootdetud kvantkristallid olnud halbade optiliste ning elektriliste omadustega,“ ütleb Alivisatos.
Jaini sõnul oli ta parasjagu kuus kuud lahuses seisnub CdSe/CuS nanokristalli lahust ära viskamas, kui otsustas harjumuse baasil viimast korda ultraviolettvalgusega valgustatud preparaati mikroskoobi all vaadelda. Oma üllatuseks nägi ta tugevat luminestsentsi. Vanade andmete võrdluses oli toimunud seitsmekordne luminestsentsi võimendumine.
„Leid oli juhuslik ning põnev. Ma ei soovinud katsete taastootmiseks kuus kuud oodata ning hakkasin erinevaid meetodeid proovima, mis võinuks jälgitud võimenduse esile taas kutsuda.“ Süüdlaseks osutusid katioon-vahetuse meetodist kristallvõresse jäänud üleliigsed vanad katioonid.
„Piisab mõnest üksikust katioonist, et luminestsentsi oluliselt pidurdada. Kvant-täppides ja nanopulkades toimub laengukandjate ajaline delokatsioon, mis muudab laengud altiks ebapuhtustele kinnitumise suhtes. Lahuse kuumutamisega on aga võimalik ebapuhtustest vabaneda ning anda laengukandjatele aega rekombineeruda, mille tulemusena tekib tugevam luminestsents,“ ütleb Jain.
Allikas: PhysOrg