Potencialmente abrindo caminho para computadores avançados, lasers ou dispositivos ópticos, Pesquisadores da Universidade de Wisconsin-Madison revelaram novos efeitos em pequenos dispositivos eletrônicos chamados pontos quânticos.

Em seu trabalho, publicado recentemente no jornal Nano Letras , os pesquisadores desenvolveram e aplicaram métodos de análise que ajudarão a responder a outras questões desafiadoras para o desenvolvimento de materiais eletrônicos.

"Agora podemos olhar para um conjunto de estruturas que as pessoas não podiam ver antes, "diz Paul Evans, professor de ciência de materiais e engenharia na UW-Madison. “Nessas estruturas, existem novos conjuntos de problemas de materiais cruciais que antes não podíamos pensar em resolver. "

As estruturas que Evans e colegas observaram são milhares de vezes mais estreitas do que folhas de papel simples, e menores do que as dimensões de células humanas individuais. Nessas estruturas, pontos quânticos se formam dentro de pilhas muito finas de materiais cristalinos encimados por um arranjo assimétrico de forma plana, esguio, eletrodos metálicos semelhantes a dedos. Entre as pontas desses dedos metálicos estão pequenos espaços que contêm pontos quânticos.

Criar estruturas precisas e espiar dentro desses pequenos espaços é tecnicamente desafiador, Contudo, e os pontos quânticos nem sempre se comportam como esperado.

Trabalhos anteriores dos colaboradores de Evans na Delft University of Technology na Holanda, que criou e estudou exaustivamente as estruturas da pilha de cristal, levou a suspeitas de que os pontos quânticos eram diferentes em aspectos importantes do que havia sido projetado.

Até agora, medir essas diferenças não era possível.

"As abordagens de imagem anteriores e a modelagem não permitiam que as pessoas caracterizassem estruturalmente os dispositivos de pontos quânticos nessa escala minúscula, "diz Anastasios Pateras, um pós-doutorado no grupo de Evans e o primeiro autor do artigo.

Pateras e seus colegas foram os pioneiros em uma estratégia para usar feixes de raios-X bem focalizados para caracterizar os dispositivos de pontos quânticos - e isso se baseou em um novo método para interpretar como os raios-X se espalharam. Usando sua abordagem, eles observaram mudanças no espaçamento e orientação das camadas atômicas dentro dos pontos quânticos.

"Os pontos quânticos precisam estar quase perfeitos, "diz Evans." Este pequeno desvio da perfeição é importante. "

A descoberta da equipe indica que o processo de criação dos pontos quânticos - colocando eletrodos metálicos em cima de um cristal crescido em laboratório - distorce ligeiramente o material por baixo. Este enrugamento cria tensão no material, levando a pequenas distorções nos pontos quânticos. Compreender e explorar esse efeito pode ajudar os pesquisadores a criar pontos quânticos com melhor comportamento.

"Depois de saber essas quantidades, então você pode projetar dispositivos que levem em consideração essa estrutura, "diz Evans.

Projetos com essas pequenas imperfeições em mente serão especialmente importantes para dispositivos futuros, onde muitos milhares de pontos quânticos devem funcionar juntos.

"Isso vai ser muito relevante porque, agora mesmo, existem várias fontes de pontos quânticos de decoerência, "diz Pateras.

Os pesquisadores agora estão desenvolvendo um algoritmo para visualizar automaticamente as posições atômicas em cristais a partir de padrões de espalhamento de raios-X, dado que realizar os cálculos necessários manualmente provavelmente consumiria muito tempo. Adicionalmente, eles estão explorando como as técnicas podem agregar percepções a outras estruturas difíceis de estudar.