Учёные из Техасского университета в Остине и их коллеги из Корнеллского университета (оба — США) разработали новый химический метод генерации кремниевых нанокристаллов, или квантовых точек, с точно контролируемым размером. Их упорядоченные наборы получаются вследствие самопроизвольной организации квантовых точек в регулярные структуры.

Результаты исследования, которые можно найти в журнале ChemPhysChem, должны помочь в практическом использовании многообещающих светоэмиссионных свойств одного из главных коммерческих полупроводников.

Рис. 1. Руководитель исследований Брайан Коргель (Brian A. Korgel) и его квантовые точки в растворе (фото Cockrell School).

Макроскопический кремний, используемый во многих отраслях, представляет собой основу всей электронной индустрии, но при этом он очень слабо абсорбирует свет и ещё хуже его испускает, что делает его неудобным выбором там, где нужна световая эмиссия. Однако многое меняется, если размер кристаллов съёживается до нанометров.

Оказывается, что Si-квантовые точки способны на очень яркую люминесценцию в видимом диапазоне, цвет которой зависит от размера самих частиц.

Это делает их интересными для производства световых диодов или даже лазерных источников на их основе.

С другой стороны, большинство областей применения требуют целых наборов нанокристаллов с незначительным распределением по размерам частиц и высоким уровнем взаимной организации. Посему техасцам пришлось разработать новый химический метод, который позволяет получать монодисперсные кремниевые частицы в определённом размерном диапазоне, желательном для реализации конкретных наноразмерных свойств, таких как яркое люминесцентное свечение. По словам исследователей,

они впервые в истории создали упорядоченные наборы (или суперрешётки) кремниевых нанокристаллов, возникающие в результате самосборки, что избавляет от необходимости изобретать для этого какие-то специальные пути. Попутно выяснилось, что новые суперрешётки термически стабильнее, чем всё прочие типы нанокристаллических суперрешёток, обнаруженных на сегодня.

Напоследок пара слов собственно о химии. Синтез нанокристаллов кремния проводился путём термического разложения силсесквиоксана водорода, за которым следовали травление плавиковой кислотой, реакция с 1-додеценом и, наконец, селективное по размеру осаждение полученных наночастиц. После этого кремниевые квантовые точки были диспергированы в хлороформе и перенесены накапыванием на твёрдую вращающуюся подложку. Для исследования степени упорядочения нанокристаллов были применены две методики — просвечивающая электронная микроскопия и малоугловое рассеяние рентгеновских лучей в скользящей геометрии (GISAXS).