Изменение стехиометрии квантовой точки увеличило дырочную проводимость
Модификация стехиометрического состава квантовых точек может приводить к значительному изменению дырочной проводимости в квантовых точках. Международный коллектив ученых из Нидерландов и Швейцарии продемонстрировал это на квантовых точках из сульфида свинца, добавив на их поверхность дополнительный слой серы, и предложил использовать это свойство для управления их зонной структурой. Результаты исследования опубликованы в Science Advances.
Квантовые точки представляют из себя коллоидные наночастицы полупроводникового кристалла. Одна квантовая точка обычно включает в себя не больше нескольких тысяч атомов, поэтому ее зонная структура и проводящие свойства определяются не столько объемными свойствами кристалла, сколько состоянием ее поверхности. Если для изменения плотности и подвижности носителей заряда в объемных кристаллических полупроводниках обычно используется легирование, то для нанокристаллов такой способ смысла почти не имеет из-за того, что при этом практически не меняется состояние поверхности. Отсутствие методов управления проводимостью квантовых точек приводит к тому, что подавляющее их большинство обладают только электронной проводимостью, и их невозможно использовать для создания диода или транзистора с контролируемыми свойствами.
В своей новой работе химики из Нидерландов и Швейцарии предложили для управления дырочной проводимостью в квантовых точках использовать изменение их стехиометрического состава. Ученые исследовали квантовые точки сульфида свинца, и добавляя на их поверхность дополнительный слой атомов серы. Такая модификация поверхности приводит к нарушению стехиометрического соотношения свинца и серы (1:1) и обогащению квантовой точки носителями заряда одного знака.
Чтобы провести такой эксперимент, ученые осаждали квантовые точки на поверхность, после чего производили двухстадийную замену лигандов. Сначала олеиновая кислота, которая использовалась для предотвращения слипания частиц в растворе, удалялась и заменялась на иодид-ионы. А после этого для частичной или полной замены иодидов на сульфиды поверхность обрабатывалась раствором гидросульфида натрия в метаноле.
При замене иодида на сульфид, сера встраивается в кристаллическую структуру квантовой точки, изменяя проводящие и оптические свойств полупроводниковой наночастицы. При этом оказалось, что точный стехиометрический состав квантовой точки можно контролировать, просто изменяя концентрацию сульфид-ионов в растворе.
Исследователи сравнили вольт-амперные и оптические свойства квантовых точек до и после модификации поверхности. Оказалось, что добавление серы на поверхность квантовой точки приводит к уменьшению запрещенной зоны и увеличению почти на два порядка подвижности положительных носителей заряда. Характерно, что подвижность электронов при этом сохраняется на прежнем уровне. Поэтому если до модификации поверхности в квантовой точке из сульфида свинца преобладала электронная проводимость, то после модификации для квантовой точки уже были характерны оба типа проводимости.
Диапазон возможного будущего применения квантовых точек довольно широк. Их предлагают использовать не только для создания солнечных батарей и нанотранзисторов, но и в качестве чернил для печати или даже элементов нейронной сети.
Александр Дубов
Концентрация некоторых из них превышает максимальную для жилых помещений
Концентрация аценафтена, фенантрена, пирена и перфтороктановой кислоты в пыли, собранной внутри МКС, в разы превосходит максимальные значения этих веществ, установленные для жилых помещений в США. В то же время концентрация многих стойких органических загрязнителей укладывалась в безопасный диапазон, но многократно превосходит медианные значения. Такие выводы содержит исследование, опубликованное в журнале Environmental Science & Technology Letters. Космонавты на МКС находятся в замкнутом пространстве, и для обеспечения безопасных условий работы воздух внутри станции должен быть чистым. Но даже при дыхании люди выделяют углекислый газ, аммиак, ацетон, уксусную кислоту и некоторые другие метаболиты. Из-за воздействия на организм ионизирующего излучения, невесомости, шума, вибрации, пониженного и повышенного содержания кислорода в воздухе состав и концентрации таких метаболитов не равноценны тем, что присутствуют в воздухе земных помещений. Кроме того, различные газы в воздушную среду МКС может выделять доставляемое туда оборудование, а также системы корабля, если случается их разгерметизация. Ученые под руководством Стюарта Харрада (Stuart Harrad) из Бирмингемского университета исследовали пыль, собранную из воздушной среды МКС, на присутствие в ней стойких органических загрязнителей — полибромдифениловых эфиров, новых бромсодержащих антипиренов, гексабромциклододеканов, фосфатных эфиров, полихлорированных бифенилов, полифторалкильных соединений и полиароматических углеводородов. Концентрации почти всех стойких органических загрязнителей на МКС укладывались в диапазоны, известные для жилых помещений США. При этом у многих веществ, особенно из групп полибромдифениловых эфиров и полиароматических углеводородов, они превосходили медианные значения для таких помещений на порядки. Например, концентрация полибромдифенилового эфира BDE-99 в пыли на МКС составила 27000 нанограмм на грамм, а ее медианное значение для домашней пыли США — 580 нанограмм на грамм. Концентрации таких полиароматических углеводородов как аценафтен, фенантрен и пирен в разы превосходили не только медианные, но и максимальные значения, установленные для американских домов (930 против 25, 830 против 390 и 1600 против 300 нанограмм на грамм соответственно). Аналогичная ситуация наблюдалась и для перфтороктановой кислоты, концентрация которой в пыли на МКС составила 2600 нанограмм на грамм. Медианное значение концентрации этого вещества в домах США — 140 нанограмм на грамм, максимально известное — 1960 нанограмм на грамм. Авторы отметили, что впервые обнаружили стойкие органические загрязнители во внеземной среде. Их источники невозможно установить доподлинно, но предположительно их высокое содержание может быть связано с огнезащитной обработкой поверхностей, защитой хрупких грузов с помощью пенополиуретановой пены и гидроизоляционной обработкой против грибка. С учетом того, что используемые материалы оказались не слишком устойчивыми во внеземных условиях и в больших количествах попали в воздух обитаемых помещений, исследователи предлагают выбирать другие материалы для упаковки и защитной обработки оборудования. Для токсикологического контроля МКС важно исследовать не только ее внутреннюю воздушную среду, но и состояние внешней обшивки. Ученые выяснили, что космическая пыль, прилипающая к ней, является биохимически активной средой, и обнаружили в ней жизнеспособные микроорганизмы.