Dolar 12,4280
Euro 14,0266
Altın 717,01
BİST 1.776
Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 21 °C
Kuvvetli Sağanak

Bilim adamları, kuantum noktalarının daha parlak hale gelmesine engel olan bir süreci ortaya çıkardı

11.04.2021
125
Bilim adamları, kuantum noktalarının daha parlak hale gelmesine engel olan bir süreci ortaya çıkardı

Kuantum noktaları olarak bilinen parlak yarı iletken nanokristaller, QLED TV ekranlarına canlı renklerini verir. Ancak bu ışığın yoğunluğunu artırmaya çalışır, bunun yerine ısı üretir ve noktaların ışık üretme verimliliğini düşürür.

SLAC ve Stanford araştırmacıları, kuantum noktaları olarak bilinen nanokristallerin yoğun ışıkla heyecanlandıklarında ışık üretme verimliliklerini nasıl yitirdiklerine dair ilk atomik ölçekli gözlemleri yaptılar. Noktalar yeşil ışıkla (üstte) veya daha yüksek enerjili mor ışıkla (altta) heyecanlandı ve bilim adamları onların yanıtlarını bir “elektron kamerası” MeV-UED ile izlediler. Yeşil ışık çarptığında noktalar gevşedi ve heyecanlanan elektron ve delik çiftleri gelen enerjinin neredeyse tamamını ışığa dönüştürdü. Ancak mor ışıkla vurulduğunda, enerjinin bir kısmı noktanın yüzeyinde hapsolmuştu; bu, çevreleyen atomların düzenini bozdu ve ısı olarak boşa harcanan enerjiyi. Sonuçlar, ışığın bilgisayarlarda elektronların ve buzdolaplarındaki sıvıların yerini aldığı gelecekteki kuantum ve fotonik teknolojilerini geliştirmek için geniş çıkarımlara sahip. Kaynak: Burak Güzeltürk ve diğerleri, Nature Communications, 25 Mart 2021

Yeni bir çalışma bunun nedenini açıklıyor ve sonuçlar, örneğin ışığın bilgisayarlarda elektronların ve buzdolaplarındaki sıvıların yerini aldığı gelecekteki kuantum ve fotonik teknolojilerini geliştirmek için geniş çıkarımlara sahip.

QLED TV ekranında noktalar mavi ışığı emer ve onu yeşile veya kırmızıya dönüştürür. TV ekranlarının çalıştığı düşük enerjilerde, ışığın bir renkten diğerine bu dönüşümü neredeyse % 100 verimlidir. Ancak daha parlak ekranlar ve diğer teknolojiler için gereken daha yüksek uyarma enerjilerinde, verimlilik keskin bir şekilde düşer. Araştırmacıların bunun neden olduğuna dair teorileri vardı, ancak şimdiye kadar kimse bunu atom ölçeğinde gözlemlememişti.

Daha fazla bilgi edinmek için, SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’ndaki bilim adamları, noktaların gelen yüksek enerjili lazer ışığını kendi parlayan ışık emisyonlarına dönüştürmesini izlemek için yüksek hızlı bir “elektron kamera” kullandılar.

Deneyler, gelen yüksek enerjili lazer ışığının elektronları noktanın atomlarından fırlattığını ve bunlara karşılık gelen deliklerin – serbest hareket eden pozitif yüklü boş noktalar – noktanın yüzeyinde sıkışarak istenmeyen atık ısı ürettiğini ortaya çıkardı.

Ek olarak, elektronlar ve delikler ek ısı enerjisi verecek şekilde yeniden birleşirler. Bu, noktanın atomlarının titremesini artırır, kristal yapısını deforme eder ve noktaları daha parlak hale getirmek için harcayabilecek daha fazla enerjiyi boşa harcar.

Stanford Üniversitesi’nden Doçent ve Stanford Malzeme ve Enerji Bilimleri Enstitüsü’nde Aaron Lindenberg, Elektrik ve Elektronik Mühendisliğinde Doktora Burak Güzeltürk. “Bu, enerjinin ışığa neden olmadan sistemden emilmesinin önemli bir yolunu temsil ediyor” dedi.

“Bu sürecin altında neyin yattığını anlamaya çalışmak onlarca yıldır araştırma konusu olmuştur” dedi. “Bu, heyecanlı durum enerjisi ısı olarak kaybedilirken atomların gerçekte ne yaptığını ilk kez görebiliyorduk.”

SLAC, Stanford, California Üniversitesi, Berkeley ve DOE’nin Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı’ndan bilim adamlarını içeren araştırma ekibi, sonuçları şu şekilde açıkladı:

Saf, parlak bir parıltı yayıyor

Küçük boyutlarına rağmen – dört DNA ipliğiyle yaklaşık aynı çapa sahipler – kuantum nokta nanokristaller şaşırtıcı bir şekilde karmaşıktır ve oldukça mühendislikten geçirilmiştir. Renkleri boyut, şekil, bileşim ve yüzey kimyası ayarlanarak ayarlanabilen son derece saf ışık yayarlar. Bu çalışmada kullanılan kuantum noktaları yirmi yıldan daha uzun bir süre önce icat edildi ve bugün parlak, enerji verimli ekranlarda ve biyoloji ve tıp için görüntüleme araçlarında yaygın olarak kullanılıyor.

SLAC’ta doktora sonrası araştırmacı Ben Cotts ile deneyler yapan Güzeltürk, daha yüksek enerjilerde noktaları daha verimli hale getirmenin önündeki sorunları anlamak ve düzeltmek şu anda çok sıcak bir araştırma alanıdır dedi.

Önceki çalışmalar noktaların elektronlarının nasıl davrandığına odaklanmıştı. Ancak bu çalışmada ekip, MeV-UED olarak bilinen bir elektron kamerasıyla tüm atomların hareketlerini de görebildi. Milyonlarca elektronvolt (MeV) cinsinden ölçülen, çok yüksek enerjili kısa elektron darbelerine sahip örnekleri vurur. Ultra hızlı elektron kırınımı (UED) adı verilen bir süreçte, elektronlar numuneden detektörlere dağılır ve hem elektronların hem de atomların ne yaptığını ortaya çıkaran modeller oluşturur.

SLAC / Stanford ekibi, çeşitli dalga boyları ve lazer ışığının yoğunlukları ile vurulan kuantum noktalarının davranışını ölçerken, UC Berkeley lisansüstü öğrencileri Dipti Jasrasaria ve John Philbin, elektroniğin ortaya çıkan etkileşimini hesaplamak ve anlamak için Berkeley teorik kimyager Eran Rabani ile birlikte çalıştı ve teorik bir bakış açısından atomik hareketler.

Rabani, “Deneycilerle oldukça sık görüştük,” dedi. “Bir problemle geldiler ve onu anlamak için birlikte çalışmaya başladık. Düşünceler ileri geri gidiyordu, ancak bunların tümü, kuantum noktalarının atomik yapısına ne olduğunu ölçebilmekte büyük bir dönüm noktası olan deneylerden tohumlandı. Kafes yoğun bir şekilde heyecanlandığında. ”

Işığa dayalı teknolojinin geleceği

Çalışma, bir Stanford malzeme bilimi ve mühendisliği doçenti ve araştırma platformları / ortak tesislerin kıdemli yardımcı yardımcısı Jennifer Dionne liderliğindeki DOE Energy Frontier Research Center, Photonics at Thermodynamic Limits’teki araştırmacılar tarafından gerçekleştirildi. Araştırma grubu, nanokristalleri araştırmak için deneysel tekniğin geliştirilmesine yardımcı olmak için Lindenberg’in grubuyla çalıştı.

Dionne, merkezin nihai amacının, termodinamiğin izin verdiği sınırlarda ışık emilimi ve emisyonu gibi fotonik süreçleri göstermek olduğunu söyledi. Bu, soğutma, ısıtma, soğutma ve enerji depolama gibi teknolojilerin yanı sıra, kuantum bilgisayarları ve tamamen ışıkla çalışan uzay araştırmaları için yeni motorları da beraberinde getirebilir.

Dionne, “Fotonik termodinamik döngüler oluşturmak için, ışığın, ısının, atomların ve elektronların malzemelerdeki etkileşimini tam olarak kontrol etmeniz gerekir,” dedi. “Bu çalışma heyecan verici, çünkü ışık emisyon verimliliğini sınırlayan elektronik ve termal süreçlerde benzeri görülmemiş bir mercek sağlıyor. İncelenen parçacıklar halihazırda rekor kuantum verimlerine sahip, ancak şimdi neredeyse mükemmel optik malzemeleri tasarlamaya giden bir yol var.” Bu kadar yüksek ışık emisyonu verimlilikleri, tümü ultra hızlı elektronlarla incelenen küçük noktalarla yönlendirilen bir dizi büyük fütüristik uygulamayı açabilir.


Daha fazla bilgi:
Burak Güzeltürk ve diğerleri, Yarı iletken nanokristallerde yüzey yakalama ile tetiklenen dinamik kafes distorsiyonları, Doğa İletişimi (2021). DOI: 10.1038 / s41467-021-22116-0

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.