Mở đường tắt giải phóng electron

Một loại máy dò quang mới cực nhanh và hiệu quả cao chứa những tiếp giáp chấm lượng tử vừa được phát triển bởi các nhà nghiên cứu tại trường đại học Delft ở Hà Lan. Dụng cụ không sử dụng kiến trúc màng mỏng bình thường hiện đang sử dụng trong những máy dò quang như thế và có thể có mặt trong nhiều ứng dụng đa dạng, ví dụ như ghi ảnh sinh học và có lẽ cả tế bào quang điện nữa.

Chấm lượng tử là những chất liệu hứa hẹn cho việc chế tạo máy dò quang vì chúng hấp thụ mạnh ánh sáng. Những màng mỏng chấm lượng tử có thể sản xuất dễ dàng từ dung dịch – một lợi thế không thể bỏ qua trong chế tạo những dụng cụ chi phí thấp. Trong máy dò quang chấm lượng tử bình thường, ánh sáng bị hấp thụ trong những màng mỏng như thế để tạo ra những điện tích tự do sau đó phải đi tới các điện cực trong dụng cụ để mang lại một tín hiệu.

Vấn đề là màng mỏng gồm những hạt kích cỡ nanomet là một cấu trúc rất hỗ lốn chứa vô số thành rào và khuyết tật. Những thành rào này làm chậm các hạt mang điện trong dụng cụ, nên làm giảm thời gian phản ứng của máy dò. Các điện tích cũng có thể bị bắt giữ tại thành rào, làm giảm đáng kể hiệu suất của dụng cụ.

Nghiên cứu sinh Michele Buscema

Nghiên cứu sinh Michele Buscema chuyên nghiên cứu các tính chất quang điện tử của các chấm lượng tử. (Ảnh: F Prins)

Các chấm được bố trí cẩn thận

Một đội đứng đầu là Herre van der Zant nay vừa đi tới một câu trả lời cho bài toán này – bằng cách giải thoát cấu trúc kiểu màng mỏng. Thay vậy, các nhà nghiên cứu đặt mỗi chấm lượng tử trong dụng cụ tiếp xúc trực tiếp với cực nguồn và cực máng để cho các điện tích được trích xuất trực tiếp và nhanh chóng.

Thách thức chủ yếu trong công trình này, theo lời thành viên đội Ferry Prins, là chế tạo những điện cực phẳng cách nhau chỉ vài nanomet – một khoảng cách đủ nhỏ cho từng chấm lượng tử xen vào. Các nhà nghiên cứu đã thu được sắp xếp này bằng cách sử dụng một kĩ thuật gọi là tự sắp hàng.

“Thủ thuật là sử dụng một lớp oxide tự nhiên dày vài nanomet để ‘bảo vệ’ điện cực thứ nhất,” ông nói. “Tiếp theo, chúng tôi cho lắng điện cực thứ hai trực tiếp trên điện cực thứ nhất và loại có chọn lọc lớp oxide đó bằng một chất ăn mòn, làm lộ ra khe trống cỡ nanomet giữa hai điện cực.” Bước cuối cùng là dìm dụng cụ vào một dung dịch chấm lượng tử sau đó xử lí hóa học nhanh để đảm bảo sự tiếp xúc tốt giữa các chấm nano và điện cực. Việc đặt các chấm tiếp xúc trực tiếp với các điện cực làm tăng tốc đáng kể sự trích xuất điện tích trong dụng cụ.

Tín hiệu tốt

Bất chấp kích cỡ nhỏ của nó, máy dò quang trên vẫn có thể tạo ra những tín hiệu rất tốt. Điều này có nghĩa là nó có thể được tích hợp vào trong các dụng cụ có mật độ cao hơn nhiều so với các máy dò kiểu màng mỏng. “Một ứng dụng có tiềm năng cho dụng cụ trên là những CCD mật độ cực cao,” Prins nói, “và thời gian phản ứng cực nhanh của máy dò cũng sẽ cho phép thời gian thu tín hiệu nhanh hơn, cái có thể quan trọng cho các ứng dụng ghi ảnh sinh học.”

Ngoài dò ánh sáng, các dụng cụ chấm lượng tử cũng đang thể hiện những kết quả triển vọng như tế bào quang điện. Đây là bởi vì các photon năng lượng cao đi tới một chất liệu quang điện có thể tạo ra những electron kích thích hoặc lỗ trống có năng lượng ít nhất bằng hoặc lớn hơn độ rộng khe năng lượng của chấm lượng tử. Những electron có năng lượng quá hai lần độ rộng khe có thể truyền phần năng lượng vượt mức của chúng cho một hoặc nhiều electron hóa trị và kích thích chúng nhảy qua khe năng lượng của chấm lượng tử, dẫn tới một vài exciton (những cặp electron-lỗ trống) được tạo ra với mỗi photon bị hấp thụ. Quá trình này có thể giúp tăng đáng kể hiệu quả biến đổi năng lượng của tế bào quang điện.

Tham khảo: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl303008y

123physics (thuvienvatly.com)
Nguồn: physicsworld.com

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Extension Thuvienvatly.com cho Chrome

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


Đồng hồ nước Ktesibios
03/01/2021
Khoảng năm 250 tCN. “Đồng hồ nước Ktesibios quan trọng vì nó đã làm thay đổi mãi mãi sự hiểu biết của chúng ta về một
Tic-tac-toe
05/12/2020
Khoảng 1300 tCN   Các nhà khảo cổ có thể truy nguyên nguồn gốc của “trò chơi ba điểm một hàng” đến khoảng năm 1300
Sao neutron to bao nhiêu?
18/09/2020
Các nhà thiên văn vật lí đang kết hợp nhiều phương pháp để làm hé lộ các bí mật của một số vật thể lạ lùng nhất
Giải chi tiết mã đề 219 môn Vật Lý đề thi TN THPT 2020 (đợt 2)
04/09/2020
250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 96)
04/09/2020
Khám phá Hải Vương tinh 1846 John Couch Adams (1819–1892), Urbain Jean Joseph Le Verrier (1811–1877), Johann Gottfried Galle (1812–1910) “Bài
250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 95)
04/09/2020
Các định luật Kirchhoff về mạch điện 1845 Gustav Robert Kirchhoff (1824–1887) Khi vợ của Gustav Kirchhoff, Clara, qua đời, nhà vật
Lực nâng từ tách biệt tế bào sống với tế bào chết
27/08/2020
Một kiểu lực nâng từ có thể tách các tế bào sống với tế bào chết mà không làm thay đổi hay làm hỏng chúng. Quá trình có
LHC tạo ra vật chất từ ánh sáng
26/08/2020
Các nhà khoa học làm việc ở một thí nghiệm tại Máy Va chạm Hạt nặng Lớn đã chứng kiến các hạt W khối lượng lớn xuất

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com