6月30日消息，據外媒報道，瑞士蘇黎世理工ETH的研究人員提供了有關在納米晶體制成的半導體中如何傳導電流的第一個理論解釋，將來，這可能會導致開發用于電視屏幕的新傳感器、激光器或LED。

納米晶體半導體中緊密堆積的晶體：ETH研究人員開發的模型描述了每個單個原子。

　　幾年前，研究人員介紹了采用QLED技術的電視屏幕，可產生鮮艷的色彩，這里的“ Q”代表“量子點”。量子點是僅幾納米大小的半導體材料的晶體，由幾千個原子組成。這些納米晶體是如此之小，以至于其中的電子只能具有某些明確定義的量子機械能級。結果，當量子點被電視的背光照明時，特定顏色的光通過在這些能級之間的量子跳變而發射。

　　在下一代QLED電視中，希望是使用電能使量子點自行發光，而不需要背光。但是，到目前為止，還缺乏對電流如何流過納米晶體薄膜的理論理解。由Vanessa Wood領導的蘇黎世聯邦理工學院信息技術和電氣工程系的一組研究人員現已縮小了這一差距，正如他們在科學期刊《自然通訊》上的報道一樣。

彈簧床墊vs臺式

　　電流在非納米尺寸的半導體中如何運動的理論已有90多年的歷史了，并且存在用于模擬其行為的軟件工具。工業界可以通過故意添加雜質原子（摻雜）來控制半導體的電子特性，這會改變自由電荷載流子（電子）的數量。相反，用這些方法不能處理由許多小的納米晶體量子點組成的半導體。

　　在納米晶體中，添加雜質原子并不一定會導致自由電荷載流子。此外，免費收費的行為也不盡相同。伍德指出：“普通半導體中的電荷載體的運動就像在光滑的桌面上滾動的保齡球一樣，而在納米晶體材料中，它們的作用就像在柔軟的床墊上的保齡球一樣，使它們陷入并變形?！?/p>

　　在納米晶體半導體中，電流通過從納米晶體跳到納米晶體的電子傳輸。每一跳，電子的電荷使納米晶體變形（左上），形成極化子（右上）。來源：蘇黎世聯邦理工學院

　　對于理論建模，這意味著不能簡單地將納米晶體半導體晶格中的原子視為固定點，這通常是普通半導體所要做的。“相反，我們必須用數學方法描述材料的許多納米晶體中數十萬個原子中的每個原子，以及每個原子如何與電荷載流子相互作用，”伍德研究小組的Nuri Yazdani解釋說。

　　Yazdani使用位于盧加諾的瑞士超級計算中心CSCS，運行了一個復雜的代碼，其中考慮了問題的所有細節，包括電子和原子的運動以及它們之間的相互作用。Yazdani說：“特別是，我們想了解電荷載流子如何在單個納米晶體之間移動，以及為什么它們被'捕獲'并且不能繼續下去?！?/p>

　　這些計算機模擬的結果極具啟發性。事實證明，由許多納米晶體組成的材料如何傳導電流的決定性因素是晶體的微小變形（僅幾千分之一納米），導致靜電能發生巨大變化。當電荷使周圍的材料變形時，這稱為極化子，Yazdani的模擬顯示電流流過從一個納米晶體跳到另一個納米晶體的極化子。

一個模型可以說明所有問題

　　該模型解釋了如何通過改變納米晶體的尺寸以及如何將其堆積在薄膜中來改變基于納米晶體的半導體的電子性能。為了測試其模擬的預測，該團隊在實驗室生產了納米晶體薄膜，并測量了不同施加電壓和溫度下的電響應。在那些實驗中，他們使用短激光脈沖在材料的一端產生自由電子，然后觀察它們到達另一端的時間。結果：對于數百種不同的測試中的每一種，計算機仿真都能完美地預測電性能。

　　伍德說：“經過八年的艱苦努力，我們現在創建了一個模型，該模型最終可以定量地解釋我們的實驗，而且還可以定量解釋許多其他研究小組的實驗。這種模式將使研究人員和工程師在未來計算的納米晶體的特性半導體也生產甚至之前。 這應該使得有可能針對特定應用優化此類材料。到目前為止，這必須通過反復試驗來完成?！?/p>

　　利用ETH研究人員的結果，將來可以用納米晶材料開發有用的半導體，用于傳感器、激光器或LED的各種應用，以及電視屏幕。由于可以在生產過程中控制納米晶體的組成、尺寸和排列，因此與傳統半導體相比，此類材料具有更廣泛的電氣特性。