décembre 4, 2022

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La structure du plus petit semi-conducteur est démontrée

Newswise – Un semi-conducteur est un matériau dont la conductivité se situe quelque part entre un conducteur et un isolant. Cette propriété permet aux semi-conducteurs de servir de matériaux de base pour l’électronique et les transistors modernes. Ce n’est pas un euphémisme que le progrès technologique dans la dernière partie du 20Le dixième Le siècle a été largement mené par l’industrie des semi-conducteurs.

Aujourd’hui, les développements technologiques dans les nanocristaux semi-conducteurs sont en cours. Par exemple, les points quantiques et les fils de matériaux semi-conducteurs présentent un grand intérêt dans les dispositifs d’affichage, la photocatalyse et d’autres dispositifs électroniques. Cependant, il reste encore de nombreux aspects des nanocristaux colloïdaux à comprendre au niveau le plus élémentaire. L’un des plus importants d’entre eux est l’élucidation des mécanismes au niveau moléculaire de la formation et de la croissance des nanocristaux.

Ces nanocristaux semi-conducteurs se développent à partir de petits précurseurs individuels constitués d’un petit nombre d’atomes. Ces précurseurs sont appelés « nanoclusters ». La détermination de l’isolement et de la structure moléculaire de tels nanoclusters (ou simplement clusters) a été un sujet de grand intérêt au cours des dernières décennies. Les détails structurels des clusters, les noyaux typiques des nanocristaux, devraient fournir des informations importantes sur l’évolution des propriétés des nanocristaux.

Différents « graines » de nanoclusters entraînent la croissance de différents nanocristaux. A ce titre, il est important d’avoir un mélange homogène de nanoclusters identiques si l’on souhaite faire croître des nanocristaux identiques. Cependant, la synthèse de nanoclusters aboutit souvent à la production de clusters de toutes sortes de tailles et de configurations différentes, et purifier le mélange pour n’obtenir que les particules souhaitées est un défi majeur.

Par conséquent, il est important de produire des nanoclusters de tailles homogènes. Les «nanoclusters de taille magique, MSC», qui sont de préférence formés à des tailles aléatoires de manière uniforme, possèdent une plage de taille de 0,5 à 3,0 nm. Parmi celles-ci, les CSM composées d’un rapport non stoechiométrique de cadmium et de chalcogénure (non 1:1) sont les plus étudiées. Une nouvelle classe de MSC avec un rapport stoechiométrique 1: 1 de chalcogénure métallique a été mise en évidence en raison de la prédiction de structures intéressantes. Par exemple, CD13se13mon Seigneur33se33 et CD34se34qui consistent en un nombre égal d’atomes de cadmium et de sélénium synthétisés et caractérisés.

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Récemment, des chercheurs du Centre de recherche sur les nanoparticules (dirigé par le Pr Hyun Taeguan) au sein de l’Institut des sciences fondamentales (IBS) en collaboration avec des équipes de l’Université de Xiamen (dirigé par le Pr Nanfeng Zheng) et de l’Université de Toronto (dirigé par le Pr Oleksandr VOZNYY) a rendu compte de la synthèse des colloïdes et de la structure au niveau du groupe séléniure de cadmium stoechiométrique atomique (CdSe). Il s’agit du plus petit nanocluster synthétisé à ce jour.

Synthèse du cadmium14se13 Accompli après de nombreux échecs précédents avec Cd13se13, qui finissent toujours dans des pools indésirables, ce qui les rend impossibles à décrire. Le directeur Hyun a déclaré : « Nous avons découvert que le solvant triamine et l’halocarbure jouent un rôle essentiel dans la réalisation de groupes stoechiométriques de taille presque unique. Les liaisons triplet diamine (N,N,N’,N’-tétraméthyléthylènediamine) fournissent non seulement une stricte liaison avec des contraintes de séparation appropriées, il perturbe également les interactions entre les groupes en raison de la courte chaîne carbonée, entraînant la formation d’un CD soluble14se13 Kits, au lieu d’un CD insoluble indésirable13se13 rassemblements ».

Le solvant dichlorométhane fournit des ions chlorure Sur site Pour atteindre 14 équilibrages de charge simultanémentLe dixième L’ion cadmium, qui permet l’auto-assemblage des clusters pour se former (Cd .).14se13CL2)n. En conséquence, des monocristaux de qualité appropriée peuvent être obtenus pour que les chercheurs puissent déterminer la structure des clusters. La composition des clusters obtenue à partir de l’analyse des données de diffraction des rayons X sur monocristal était en très bon accord avec la spectrométrie de masse et les données RMN. La forme globale de l’amas était sphérique avec une taille d’environ 0,9 nm.

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Alors que la plupart des autres MSC sans rapport de chalcogénure métallique de 1: 1 ont tendance à avoir une géométrie supramoléculaire, le nouveau CD14se13 On constate qu’il a un arrangement en cage de noyau d’atomes constitutifs. Plus précisément, le cluster est constitué d’un atome de Se central encapsulé par du Cd14se1 2 Une cage avec un arrangement adamantane de type CdSe. Cet arrangement unique d’atomes ouvre la possibilité de faire croître des nanocristaux avec des structures inhabituelles, qui doivent être explorées plus avant à l’avenir.

Les propriétés optiques de l’amas ont montré des effets de confinement quantique avec une photoluminescence en bord de bande. Cependant, les caractéristiques de photoluminescence liées aux états de défaut étaient importantes en raison de la très petite taille des grappes. Les pics de composition et d’absorption observés dans les expériences sont bien étayés par les calculs de la théorie fonctionnelle de la densité.

Les chercheurs créent un CD14se13 Médiateur de masse par Cd.34se33 Masse, la prochaine masse stoechiométrique connue est grande. Fait intéressant, les deux groupes peuvent être dopés par substitution avec un maximum de deux atomes de Mn, démontrant la possibilité d’obtenir des semi-conducteurs magnétiques dilués avec des propriétés de photoluminescence personnalisées. Les résultats de calcul ont montré que les sites de cadmium attachés aux halogénures étaient plus susceptibles d’être remplacés par du manganèse.

Les implications de cette étude peuvent s’étendre bien au-delà de la synthèse de groupes semi-conducteurs de taille unique, où des diamines ternaires de structures chimiques différentes peuvent s’étendre à d’autres groupes. La synthèse et la détermination de la structure au niveau atomique d’autres groupes peuvent éventuellement aider à comprendre le mécanisme de croissance au niveau moléculaire des nanocristaux semi-conducteurs.

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Il s’avère que le CD34se33 La masse cinétique peut être stabilisée par le processus de conversion de volume induit par échange associatif développé dans ce travail. Cependant, davantage d’efforts et de nouvelles stratégies sont nécessaires pour améliorer la stabilité de l’état de la solution afin de déterminer la structure du prochain groupe Cd de grande taille.34se33, qui est le noyau critique pour la croissance des nanocristaux à base de séléniure de cadmium. On espère que d’autres études sur la taille, la structure et la dépendance du dopant vis-à-vis de l’optoélectronique, de la photocatalyse et des applications électroniques ouvriront de nouvelles directions pour la recherche scientifique sur les clusters de semi-conducteurs.