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  • O enxofre extra melhora a estrutura eletrônica dos pontos quânticos
    p Dra. Maria Antonietta Loi da Universidade de Groningen. Crédito:Sylvia Germes

    p Os pontos quânticos são partículas semicondutoras de tamanho nanométrico com aplicações potenciais em células solares e eletrônica. Cientistas da Universidade de Groningen e seus colegas da ETH Zürich descobriram agora como aumentar a eficiência da condutividade de carga em pontos quânticos de chumbo-enxofre. Seus resultados serão publicados na revista Avanços da Ciência em 29 de setembro. p Os pontos quânticos são aglomerados de cerca de 1, 000 átomos que atuam como um grande "superátomo". Os pontos, que são sintetizados como colóides, ou seja, suspenso em um líquido como uma espécie de tinta, podem ser organizados em filmes finos com técnicas de processamento baseadas em soluções simples. Esses filmes finos podem transformar luz em eletricidade. Contudo, os cientistas descobriram que as propriedades eletrônicas são um gargalo. “Principalmente a condução de furos, a contraparte positiva para elétrons carregados negativamente, "explica Daniel Balazs, Ph.D. estudante do grupo de Fotofísica e Optoeletrônica da Prof. Maria A. Loi no Instituto de Materiais Avançados da Universidade de Groningen Zernike.

    p Estequiometria

    p O grupo de Loi trabalha com pontos quânticos de sulfureto de chumbo. Quando a luz produz um par elétron-buraco nesses pontos, o elétron e o buraco não se movem com a mesma eficiência através da montagem dos pontos. Quando o transporte de qualquer um é limitado, os buracos e elétrons podem se recombinar facilmente, o que reduz a eficiência da conversão de luz em energia. Balazs, portanto, decidiu melhorar a má condutância do orifício nos pontos quânticos e encontrar um kit de ferramentas para tornar essa classe de materiais sintonizável e multifuncional.

    p "A raiz do problema é a estequiometria de chumbo-enxofre, "ele explica. Em pontos quânticos, quase metade dos átomos está na superfície do superátomo. No sistema de chumbo-enxofre, átomos de chumbo preenchem preferencialmente a parte externa, o que significa uma proporção de chumbo para enxofre de 1:3 em vez de 1:1. Esse excesso de chumbo torna esse ponto quântico um melhor condutor de elétrons do que os buracos.

    p Filmes finos

    p No material a granel, o transporte é geralmente melhorado "dopando" o material:adicionando pequenas quantidades de impurezas. Contudo, as tentativas de adicionar enxofre aos pontos quânticos falharam até agora. Mas agora, Balazs e Loi descobriram uma maneira de fazer isso e, assim, aumentar a mobilidade do buraco sem afetar a mobilidade do elétron.

    p Muitos grupos tentaram combinar a adição de enxofre com outras etapas de produção. Contudo, isso causou muitos problemas, como interromper a montagem dos pontos na película fina. Em vez de, Balazs primeiro produziu filmes finos ordenados e depois adicionou enxofre ativado. Átomos de enxofre foram assim adicionados com sucesso à superfície dos pontos quânticos sem afetar as outras propriedades do filme. "Uma análise cuidadosa dos processos químicos e físicos durante a montagem de filmes finos de pontos quânticos e a adição de enxofre extra foram o que foi necessário para obter este resultado. É por isso que nosso grupo, com a cooperação de nossos colegas químicos de Zurique, teve sucesso no final. "

    p Dispositivos

    p A equipe de Loi agora pode adicionar diferentes quantidades de enxofre, o que lhes permite ajustar as propriedades elétricas dos conjuntos superatômicos. "Agora sabemos que podemos melhorar a eficiência das células solares de pontos quânticos acima do recorde atual de 11 por cento. O próximo passo é mostrar que este método também pode fazer outros tipos de dispositivos funcionais, como dispositivos termoelétricos." Ele sublinha as propriedades únicas dos pontos quânticos - eles agem como um átomo com propriedades elétricas específicas. "E agora podemos montá-los e projetar suas propriedades elétricas como desejarmos. Isso é algo impossível com materiais a granel e abre novas perspectivas para dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos."


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