Schermi più brillanti e computer quantistici più rapidi grazie ai nanodots da 2D

Attraverso la nuova scoperta effettuata dagi ricercatori, si posson realizzare scehermi e computer particolarmente performanti.

Un recente studio ha rivelato un importante progresso nel controllo della luce emessa da materiali bidimensionali (2D), come il diselenuro di molibdeno, e il diselenuro di tungsteno. Dimostrando, i ricercatori, che incorporando nanopunti di pochi nanometri all'interno di questi materiali 2D, è possibile modulare la luce emessa, modificandone colore e frequenza. Controllo preciso il quale potrà avere applicazioni significative in ambito quantistico, e nell'elettronica avanzata, aprendo quindi la strada a display ad altissima risoluzione, e a sistemi appunto quantistici (più veloci e sicuri).

Per studiare come la luce vien emessa, il team ha utilizzato una tecnica chiamata catodoluminescenza, che impiega un fascio di elettroni per stimolare l'emissione di luce dai nanopunti. L'uso di un microscopio elettronico a trasmissione (TEM), ha per di più permesso di ottenere una risoluzione incredibilmente alta, consentendo perciò ai ricercatori di osservare la luce emessa da punti estremamente piccoli, separati solo da pochi nanometri. Un approccio che apre nuove possibilità per l'analisi, e il controllo della luce a livelli mai raggiunti prima.

Quando i nanopunti son ridotti a dimensioni estremamente piccole (meno di 10 nanometri), si verifica, nello specifico, il cosiddetto fenomeno del "confinamento quantistico". Un processo il quale implica che l'energia delle particelle contenute nel punto, diventi discreta, portando a nuove proprietà ottiche ed elettroniche. In questo studio, i ricercatori hanno pertanto confermato che le coppie di particelle chiamate eccitoni, sono confinati fra i materiali 2D, contribuendo a modificare le proprietà della luce emessa.

Gli eccitoni, son particelle composte da un elettrone e una lacuna; non trasportano carica, ma son cruciali per il comportamento dei semiconduttori. Motivo per cui, la loro manipolazione nei materiali 2D potrebbe avere implicazioni enormi, per la progettazione di dispositivi elettronici e ottici più avanzati; inclusi i chip per computer e smartphone. Potendo, il controllo degli eccitoni, portare, insomma, a una maggior efficienza energetica, e a sistemi elettronici più rapidi.

Applicazioni

Uno degli ambiti di applicazione di questo lavoro è la realizzazione di display più efficienti, come quelli OLED. Che utilizzano una piccola fonte di luce per ogni pixel, permettendo un controllo preciso del colore e della luminosità. E migliorando il controllo della luce attraverso la manipolazione dei nanopunti, è anche possibile ottenere immagini più nitide, e colori più vividi, rendendo i display ancor più avanzati e realistici.

L'energia necessaria per far emettere luce a un materiale, dipende dal gap di banda, una sorta di "barriera energetica" che gli elettroni devono attraversare. Dato questo, i ricercatori hanno scoperto che modificando questo gap di banda, dei materiali 2D, come appunto il diselenuro di tungsteno, è possibile migliorare l'efficienza dell'emissione luminosa. Processo noto come "ingegneria del gap di banda", il quale può esser utilizzato per ottimizzare la luce emessa, e controllare il colore in modo molto preciso.

Le sfide future, e le opportunità

Sebbene il lavoro appena completato, rappresenti un passo significativo, i ricercatori son consapevoli ci sia ancora molto da esplorare. E l'approfondimento del ruolo della struttura atomica, della chimica e di altri fattori, nella modulazione della luce, potrebbe portare a sviluppi ancor più avanzati. Le cui applicazioni potenziali son, oltretutto, immense: dall'elettronica quantistica, alla creazione di dispositivi energeticamente efficienti; fino a nuove frontiere nella tecnologia dei materiali.

Lo studio in questione è stato realizzato da un team internazionale, con ricercatori provenienti da Penn State, Université Paris-Saclay, e altre istituzioni globali. Un lavoro, di per sé, interdisciplinare, che ha permesso di combinare competenze in scienza dei materiali, ingegneria e nanotecnologia, per spingere i confini della ricerca scientifica e tecnologica. Collaborazione la quale continua a esser dunque fondamentale, per affrontare le sfide future, e sfruttare al massimo il potenziale dei materiali 2D, e delle tecnologie quantistiche.