科学家剃除纳米晶体上的毛发以改进下一代显示器和太阳能电池

　　芝加哥大学化学家的一项新突破有望被用来产生未来的设备，如下一代显示器和太阳能电池。自20世纪50年代以来，技术构件已经变得越来越小了。但是，为了创造未来几代的电子产品如更强大的手机，更高效的太阳能电池，甚至是量子计算机科学家们将需要在最微小的尺度上提出全新的技术。
　　一个感兴趣的领域是纳米晶体。这些微小的晶体可以将自己组装成许多配置，但是科学家们一直难以弄清楚如何使它们相互交谈。
　　一项新研究介绍了使纳米晶体在电子方面共同运作的一个突破。这项研究于3月24日发表在《科学》杂志上，可能为未来具有新能力的设备打开大门。
　　论文的通讯作者、芝加哥大学教授德DmitriTalapin说：我们称这些为超级原子构件，因为它们可以赋予新的能力例如，让相机看到红外线范围。但是直到现在，要把它们组装成结构并让它们相互‘交谈’是非常困难的。现在，我们第一次不必再做选择。这是一个变革性的改进。
　　化学博士生、该研究的第一作者之一JoshPortner说，在他们的论文中，科学家们提出了设计规则，这应该允许创造许多不同类型的材料。
　　一个微小的问题
　　科学家们可以从许多不同的材料中生长出纳米晶体：金属、半导体和磁体将各自产生不同的特性。但问题是，每当他们试图将这些纳米晶体组装成阵列时，新的超级晶体会在周围长出长长的毛发。
　　这些毛发使得电子很难从一个纳米晶体跳到另一个。电子是电子通信的信使；它们轻松移动的能力是任何电子设备的一个关键部分。
　　研究人员需要一种方法来减少每个纳米晶体周围的毛发，这样他们就可以把它们包得更紧，并减少中间的空隙。芝加哥大学化学和分子工程系欧内斯特德威特伯顿杰出服务教授、阿贡国家实验室高级科学家Talapin说：当这些空隙只有原来的三分之一时，电子跳过的概率就会高出10亿倍左右。它随距离的变化非常强烈。
　　为了剃掉这些毛发，他们试图了解在原子水平上发生了什么。为此，他们需要阿贡的纳米材料中心和SLAC国家加速器实验室的斯坦福同步辐射光源的强大X射线的帮助，以及强大的模拟和化学和物理学的模型。所有这些使他们能够了解在表面发生了什么，并找到利用其生产的关键。
　　生长超级晶体的部分过程是在溶液中完成的，也就是说，在液体中。事实证明，随着晶体的生长，它们经历了一个不寻常的转变，其中气态、液态和固态相全部共存。通过精确控制该阶段的化学反应，他们可以创造出具有更硬、更细的外表的晶体，这些晶体可以更紧密地挤在一起。Portner说：了解它们的相行为对我们来说是一个巨大的飞跃。
　　完整的应用范围仍不清楚，但科学家们可以想到该技术可能导致的多个领域。Talapin说：例如，也许每个晶体可以成为量子计算机中的一个量子比特；将量子比特耦合成阵列是目前量子技术的基本挑战之一。
　　Portner还对探索超级晶体生长过程中看到的不寻常的中间物质状态感兴趣。像这样的三相共存是非常罕见的，以至于思考如何利用这种化学特性并构建新材料是非常有趣的。
　　这项研究包括来自芝加哥大学、德累斯顿工业大学、西北大学、亚利桑那州立大学、SLAC、劳伦斯伯克利国家实验室和加利福尼亚大学伯克利分校的科学家。
　　该研究部分是在美国能源部的能源水系统先进材料中心、中西部计算材料综合中心、阿贡的纳米材料中心和SLAC国家加速器实验室的斯坦福同步辐射光源进行。