17 feb. 1999
2 minuten
Nanokristallen, oftewel kwantumdots, zijn veel gemakkelijker te maken dan monokristallen en dus goedkoper. Tot nu toe was hun kwaliteit echter lastig te meten. Onderzoekers van Stanford University, de universiteit van Berkeley en de Technische Universiteit Eindhoven hebben een meetmethode ontwikkeld die dit wel kan. En wat blijkt? Kwantumdots doen het bijzonder goed.
"Met behulp van deze nieuwe techniek zijn we in staat om goedkope en bijna- perfecte halfgeleiders te maken, die net zo goed zijn als de veel duurdere alternatieven", zegt Yoeri van de Burgt, universitair docent aan de faculteit van Werktuigbouwkunde van de TU/e, en mede-auteur van het wetenschappelijke artikel dat onlangs werd gepubliceerd in Science.
De onderzoekers hebben vooral gekeken naar de luminescentie-efficiëntie van kwantumdots: een belangrijke indicatie voor de kwaliteit van halfgeleiders. Volgens Paul Alivisatos, hoogleraar Nanowetenschap en nanotechnologie aan Berkeley en onderzoeksleider, maakt de meettechniek de weg vrij voor nieuwe technologieën en materialen waarbij precieze kennis van de efficiëntie van halfgeleiders een absolute must is. "Deze nanokristallen zijn zo efficiënt dat je met de oude meetmethoden niet kon meten hoe goed ze zijn", zegt Alivisatos. "Hiermee zijn in de toekomst toepassingen mogelijk die materialen vergen met een luminescentie-efficiëntie van ruim boven de 99%. De meeste daarvan zijn nu nog niet eens uitgevonden".
Makkelijk te manipuleren
Kwantumdots zijn heel gemakkelijk te manipuleren. Als je hun omvang wijzigt, verandert ook de golflengte van het uitgestraalde licht. Dat is een nuttige eigenschap bij toepassingen die kleur gebruiken, zoals tv’s, computers en markers voor biologische monsters. Ook zijn ze vanwege hun kleine omvang relatief goedkoop te produceren.
Maar er zijn ook nadelen. Kwantumdots zijn zo klein dat je er miljarden van nodig hebt om het werk te doen van één volmaakt monokristal. En hoe meer kwantumdots je maakt, hoe groter de kans dat er iets misgaat, met alle gevolgen van dien voor de kwaliteit.
Bestaande meettechnieken wezen er al op dat halfgeleiders van kwantumdots mogelijk zeer efficiënt zijn, met een luminescentie-efficiëntie van meer dan 99%. Maar de onderzoekers hadden een nieuwe methode nodig om precies te meten hoe efficiënt deze nanokristallen precies zijn. Daarvoor gebruikten ze een techniek die in plaats van de uitgestraalde lichtdeeltjes de restwarmte meet van aangeslagen kwantumdots. Restwarmte is namelijk een indicatie van niet-efficiënte uitstraling. Deze meetmethode, die gangbaar is bij andere materialen, bleek honderd keer zo precies als andere opties. De onderzoekers ontdekten dat groepjes kwantumdots gemiddeld 99,6% van het opgenomen licht weer uitstralen (met een foutmarge van 0,2 procentpunt in beide richtingen). Dat is vergelijkbaar met de emissie van de beste monokristallen.
Robuust
Anders dan gevreesd, blijken de kwantumdots verrassend robuust te zijn. Bovendien kunnen met de meetmethode voor het eerst de verschillende kwantumdotstructuren met elkaar worden vergeleken.