В последние годы исследователи активно занимаются разработкой материалов высочайшего качества для использования в электронных и фотонных устройствах на основе технологии квантовых точек. Однако этот процесс может занимать годы целенаправленной лабораторной работы. Теперь ученые представили инновационную систему под названием SmartDope, которая позволяет определить, как синтезировать наилучшие квантовые точки для конкретных применений всего за несколько часов.
SmartDope была разработана для решения сложной задачи улучшения свойств материалов, известных как перовскитные квантовые точки, получаемые при помощи легирования. При легировании определенные примеси добавляются в полупроводниковые нанокристаллы, изменяя их оптические и физико-химические свойства. Такие квантовые точки обладают большим потенциалом для использования в фотоэлектрических и оптоэлектронных устройствах следующего поколения.
Однако, разработка методов синтеза квантовых точек максимального качества, чтобы максимизировать их эффективность в преобразовании ультрафиолетового света в желаемые световые волны видимого или инфракрасного участка спектра, представляет собой сложную задачу. Исследователи столкнулись с вопросом: какая легированная квантовая точка наилучшим образом подходит для данного приложения? Ответ на этот вопрос с использованием традиционных методов может занять до 10 лет.
Именно здесь SmartDope приходит на помощь. Эта автономная система представляет собой своего рода "беспилотную" лабораторию. В её основе - химический реактор непрерывного действия, способный очень быстро проводить множество химических реакций с чрезвычайно малыми количествами химикатов для синтеза квантовых точек. Исследователи сообщают SmartDope, какие химические вещества-прекурсоры следует использовать, и ставят перед ней определенную цель. В данном исследовании целью было найти квантовую точку легированного перовскита с наивысшим "квантовым выходом" или наилучшей эффективностью преобразования света.
Для каждого эксперимента SmartDope манипулирует набором переменных, таких как: относительные количества каждого материала-прекурсора; температура, при которой он смешивает эти прекурсоры; и время реакции, даваемое при добавлении новых предшественников. SmartDope также автоматически характеризует оптические свойства квантовых точек, полученных в результате каждого эксперимента, когда они покидают проточный реактор.
SmartDope собирает данные о каждом из своих экспериментов. Она использует машинное обучение, чтобы обновить свое понимание химии синтеза легированных квантовых точек для получения информации о том, какой эксперимент проводить следующим, с целью создания наилучшей возможной квантовой точки.
Система SmartDope способна проанализировать огромное количество данных и провести эксперименты в автоматическом режиме, что значительно сокращает время, необходимое для получения результатов. Исследователи могут получить ответ на свой вопрос всего за несколько часов, вместо десятилетий, которые требовались ранее.
«Предыдущий рекорд квантового выхода в этом классе легированных квантовых точек составлял 130% — это означает, что квантовая точка излучала 1,3 фотона на каждый поглощенный фотон», — говорит один из авторов исследования. «За один день работы с SmartDope мы определили способ синтеза легированных квантовых точек, который дает квантовый выход 158%. Это значительный прогресс, на поиск которого с использованием традиционных экспериментальных методов потребуются годы. Мы нашли лучшее в своем классе решение за один день».
Новая система имеет огромный потенциал для развития новых материалов и ускорения процесса их создания. SmartDope может быть использована не только для синтеза перовскитных квантовых точек, но и для других материалов, что открывает новые возможности в области электроники и фотоники.
Источник:
Фазель Батени и др., Smart Dope: беспилотная жидкостная лаборатория для ускоренной разработки легированных перовскитных квантовых точек (Fazel Bateni et al, Smart Dope: A Self‐Driving Fluidic Lab for Accelerated Development of Doped Perovskite Quantum Dots), Advanced Energy Materials (2023). DOI: 10.1002/aenm.202302303
-------------------------------------
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, реакциями и комментариями, а также подписавшись на наши страницы на других площадках и на сервисе поддержки авторов Бусти. Ссылки найдёте в описании канала. Заранее спасибо!
