Quiralidade de engenharia em nanoclusters semicondutores



Quiralidade de engenharia em nanoclusters semicondutores

Pesquisadores em Universidade de Cornell desenvolveram um método para converter partículas de semicondutores simétricas em materiais quirais-estruturas intrincadas que produzem filmes com controle aprimorado da polarização de luz. Os resultados têm aplicativos em potencial em shows, sensores e dispositivos de comunicação óptica que dependem do controle de polarização.

Os materiais quirais são distinguidos por sua capacidade de girar a luz polarizada. Uma abordagem para alcançar esse efeito é o acoplamento de exciton, onde a luz excita nanomateriaisformando excitons que interagem e trocam energia. Tradicionalmente, os materiais quirais acoplados a exciton são baseados em moléculas orgânicas à base de carbono. No entanto, o controle preciso sobre as interações nanomateriais tornou difícil criar esses materiais usando semicondutores inorgânicos, que oferecem maior estabilidade e propriedades ópticas ajustáveis.

Para enfrentar esse desafio, os pesquisadores do laboratório de Richard D. Robinson, professor associado de ciência e engenharia de materiais da Cornell Engineering, utilizaram “agrupamentos de tamanho mágico” compostos por compostos de semicondutores à base de cádmio.

Ao contrário do convencional nanopartículasque exibem variação de tamanho contínuo, agrupamentos de tamanho mágico existem apenas em tamanhos discretos e uniformes. Estudos anteriores do Grupo Robinson demonstraram que, quando esses nanoclusters foram processados ​​em filmes finos, eles exibiram dicroísmo round, uma característica essencial da quiralidade.

O dicroísmo round significa que o materials absorve a luz polarizada circularmente com a mão esquerda e direita de maneira diferente, como como as roscas do parafuso ditam de que maneira algo torce. Percebemos que, controlando cuidadosamente a geometria de secagem do filme, poderíamos controlar sua estrutura e sua quiralidade. Vimos isso como uma oportunidade de trazer uma propriedade geralmente encontrada em materiais orgânicos para o Wor inorgânicoLD.

Richard D. Robinson, autor sênior e professor associado de ciência e engenharia de materiais, Cornell Engineering

Utilizando a evaporação guiada por menisco, os pesquisadores induziram conjuntos lineares de nanocluster a torcer em estruturas helicoidais, formando domínios homocirais com vários milímetros quadrados de tamanho. Os filmes resultantes exibiram uma força de interação leve, quase duas ordens de magnitude maior do que o registrado anteriormente para materiais semicondutores inorgânicos.

Estou empolgado com a versatilidade do método, que funciona com diferentes composições de nanocluster, permitindo -nos adaptar os filmes para interagir com a luz do ultravioleta ao infravermelho. A técnica de montagem imbui não apenas a quiralidade, mas também o alinhamento linear nas fibras de nanocluster enquanto elas depositam, tornando os filmes sensíveis a luz polarizada circularmente e linearmente, aumentando sua funcionalidade como sensores ópticos do tipo metamaterial.

Thomas Ugra, estudante de doutorado e líder de pesquisa, física aplicada e de engenharia, Universidade de Cornell

Esses achados têm aplicações em potencial em telas 3D holográficas, computação quântica de temperatura ambiente, dispositivos eletrônicos de energia extremely baixa e monitoramento de glicose no sangue não invasivo. Além disso, o estudo fornece informações sobre a formação pure de estruturas quirais, como o DNA, que poderia informar pesquisas futuras em sistemas biológicos e nanotecnológicos.

““Queremos entender como fatores como tamanho do cluster, composição, orientação e proximidade influenciam o comportamento quiróptico. É uma ciência complexa, mas demonstrar isso em três sistemas materiais diferentes nos diz que há muito a explorar e abre novas portas para pesquisa e aplicações”Disse Robinson.

Pesquisas futuras, de acordo com Robinson, se concentrarão em expandir o método para outros materiais, como Pontos quânticos e nanoplatelas, e melhorando-as para processos de produção em larga escala que cobrem dispositivos com camadas finas de materiais semicondutores.

A Nationwide Science Basis forneceu a maioria do financiamento para o estudo. A coleta de dados foi apoiada por uma bolsa de viagens de pesquisa da Cornell Graduate Faculty. O trabalho foi realizado em parte na fonte de luz de diamante no Reino Unido e no Centro de Ciência e Engenharia de Pesquisa de Materiais da Cornell e na Rede de Soluções de Materiais em Chess (MSN-C), uma sub-facilidade da fonte de sincrotron de alta energia da Cornell suportada pelo laboratório de pesquisa da Força Aérea.

Referência do diário:

Ugras, J., T., et al. (2025) transformando semicondutores achirais em domínios quirais com dicroísmo round excepcional. Ciência. doi/10.1126/science.ado7201

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