Nieuws

Kwantumdot past in computer

Voor het eerst is de uitwisseling van metaalionen op kwantumdots realistisch te simuleren op de computer. Dankzij softwarematige ‘pseudoliganden’ kun je nu tenminste voorspellen wat er gebeurt als je het recept verandert, melden Utrechtse en Delftse onderzoekers.

Die uitwisseling houdt bijvoorbeeld in dat je de buitenste loodatomen in loodsulfide-kwantumdots vervangt door cadmium. Dat is nodig als je zulke dots efficiënt licht wilt laten geven, legt laatste auteur Marijn van Huis (UU) uit. ‘De buitenlaag werkt als een soort isolator. Cadmiumsulfide heeft een veel grotere band gap. Excitonen die onder invloed van straling ontstaan in het hart van de dot, raken daardoor opgesloten. Dat verkleint de kans dat ze aan het oppervlak van de dot recombineren zodat er geen licht uit komt.’

Je kunt dit effect ook bereiken door de dots te voorzien van een extra laagje. Ionenwisseling heeft echter een groot voordeel: je vervangt je ionen een voor een en daardoor krijgt het kristalrooster niet de kans om te veranderen. Het eindresultaat is kubisch cadmiumsulfide dat perfect past op het loodsulfiderooster.

In de praktijk heeft die ionenwisseling plaats in oplossing. Als dragers voor de ionen (‘liganden’) gebruik je daarbij tamelijk grote organische moleculen: qua lengte moet je volgens Van Huis denken aan 1 à 2 nm. Die vertonen allerlei interacties met de oplosmiddelmoleculen die er tussenin zitten. Dat allemaal tot in detail simuleren, is voor de huidige computerhardware te veel gevraagd. Vandaar dat het optimaliseren van dit proces tot nu toe vooral een kwestie was van trial and error.

In Nature Communications introduceren de groepen van Van Huis en Thijs Vlugt (TU Delft) nu het ‘pseudoligand’, in wezen een samenvatting van een ligand en alle omringende oplosmiddelmoleculen. Die pseudoliganden versimpelen het model voldoende om er wél mee te kunnen werken. En het mooie is dat zulke simulaties leiden tot eindtoestanden die uitstekend overeenkomen met experimentele gegevens; kennelijk kan de vereenvoudiging geen kwaad.

Het voordeel van zulke simulaties is dat je niet alleen dat eindresultaat te zien krijgt, maar ook kunt volgen wat er onderweg gebeurt. Dat geeft voor het eerst een beeld van de manier waarop die ionenwisseling nu eigenlijk verloopt: de loodionen vertrekken niet uit zichzelf maar worden door binnendringend cadmium als het ware het rooster uit geknikkerd.

Je kunt zo ook procescondities simuleren die je nog niet experimenteel hebt getest. Dat heeft al geleid tot de voorspelling dat het proces veel sneller verloopt wanneer je temperatuur en druk sterk verhoogt. Denk aan 1 GPa en meer dan 800 K, condities waar je in het gemiddelde lab niet snel aan toe komt. Als de simulatie ook in dit geval klopt, zou de massaproductie van kwantumdots voor bijvoorbeeld tv-schermen wel eens een stuk goedkoper kunnen worden dan men tot nu toe dacht.

bron: UU, Nature Communications

Agenda
Ontvang de nieuwsbrief

Meld je aan voor de nieuwsbrief en blijf op de hoogte van het laatste nieuws van C2W.

Meld je nu aan!

C2W Social Media

Logo Twitter

Logo Linkedin

Wordt abonnee/lid

Logo KNCV

Sluit nu een abonnement af of word lid van de KNCV en ontvang elke week het laatste nieuws, digitaal of op papier. 

Sluit nu een abonnement af!