p A pesquisa colaborativa na Notre Dame demonstrou que as interações eletrônicas desempenham um papel significativo no cruzamento dimensional de nanomateriais semicondutores. O laboratório de Masaru Kuno, professor de química e bioquímica, e o grupo de teoria da matéria condensada de Boldizsár Jankó, professor de física, agora mostraram que uma escala de comprimento crítico marca a transição entre uma dimensão zero, ponto quântico e um nanofio unidimensional. p As evidências, "Cruzamento dimensional em nanoestruturas de semicondutores, "foram publicados em Nature Communications . Matthew P. McDonald e Rusha Chatterjee do laboratório de Kuno e Jixin Si do grupo de Jankó também são os autores da publicação.

p Uma estrutura de pontos quânticos possui as mesmas dimensões físicas em todas as direções, enquanto um fio quântico exibe uma dimensão mais longa do que as outras. Isso significa que os pontos quânticos e os nanofios feitos do mesmo material exibem diferentes respostas ópticas e elétricas na nanoescala, uma vez que essas propriedades são primorosamente dependentes do tamanho e da forma. Compreender a evolução dependente do tamanho e da forma das propriedades dos nanomateriais tem sido, portanto, um foco central da nanociência nas últimas duas décadas. Contudo, nunca foi estabelecido definitivamente como um ponto quântico evolui para um nanofio à medida que sua proporção de aspecto é progressivamente maior. As propriedades quânticas evoluem gradualmente ou mudam repentinamente?

p O laboratório de Kuno descobriu que existe um comprimento crítico onde um ponto quântico se torna semelhante a um nanofio. Os pesquisadores alcançaram essa descoberta conduzindo o primeiro direto, medições de absorção de partícula única em nanobastões semicondutores individuais, uma espécie intermediária entre pontos quânticos e nanofios. Medições de partícula única em vez de medidas de conjunto foram usadas para evitar os efeitos da falta de homogeneidade da amostra. Além disso, uma abordagem de absorção em vez de uma abordagem de emissão frequentemente usada foi empregada para contornar as limitações existentes da microscopia de partícula única baseada em emissão moderna - a saber, sua restrição à observação de espécimes altamente fluorescentes.

p A descoberta marca um avanço significativo em nossa compreensão da resposta mecânica quântica dependente do tamanho e da forma de nanoestruturas semicondutoras. "Todos os livros didáticos de estado sólido ou semicondutores de nível introdutório precisam revisar o que dizem sobre o cruzamento dimensional, "Disse Jankó." Este é outro exemplo em que as interações tornam as coisas completamente diferentes. "Além disso, Kuno sugere que a abordagem de absorção de uma única partícula avançada no estudo "é prática, aplicativos do mundo real, talvez 40 anos depois. ”Os exemplos incluem a detecção ultrassensível genérica e sem rótulo de espécies químicas e biomoleculares de interesse primordial nas esferas da segurança interna e da saúde pública.

p O grupo de Kuno realizou os experimentos que levaram à descoberta enquanto o grupo de Jankó forneceu suporte teórico.