Нанокристаллы научились проверять поштучно с помощью света — и это меняет производство
Нанокристаллы уже присутствуют в сотнях миллионов устройств — телевизорах с QLED-экранами, ноутбуках, профессиональных мониторах. Эти крошечные частицы вещёства диаметром в несколько нанометров обладают уникальными оптическими свойствами: их способность поглощать и излучать свет зависит от размера, а не только от состава. Именно эта особенность делает их перспективными для квантовых технологий, медицинской диагностики и солнечной энергетики.
Однако полный потенциал нанокристаллов пока не реализован — из-за фундаментальной проблемы контроля качества. Исследователи Мюнхенского университета Людвига Максимилиана (LMU) разработали метод, который впервые позволяет измерять характеристики каждого отдельного нанокристалла в промышленном масштабе. Работа опубликована в *Nature Materials*.
В чём проблема с нынешним контролем качества
Любой раствор нанокристаллов содержит миллиарды частиц. Хотя их свойства можно охарактеризовать, ключевые параметры качества — размер частицы и квантовый выход (насколько эффективно она превращает поглощённый свет в излучаемый) — обычно известны лишь как среднее значение по всей партии.
«Для работы устройств этих средних значений недостаточно», — подчёркивает профессор Эмилиано Кортес из Нано-института LMU. «Каждая отдельная наночастица может вести себя по-другому — например, по размеру или по тому, насколько эффективно она излучает свет».
На практике это означает: даже кажущаяся однородной партия нанокристаллов содержит частицы с очень разными характеристиками. Когда такие частицы попадают в устройство — например, в квантовый компьютер или медицинский биосенсор, — их разброс определяет, насколько надёжно устройство работает.
Как работает новый световой метод
Команда разработала оптический высокопроизводительный метод, который измеряет размер и квантовый выход каждого отдельного нанокристалла непосредственно в растворе, без их извлечения или обработки. Метод применяется к перовскитным нанокристаллам — классу материалов, особенно перспективных для светодиодов и солнечных батарей.
Метод позволяет одновременно выявлять ненормальные частицы — как слишком маленькие, так и слишком крупные, — которые не видны при усреднённых измерениях, но могут вызывать дефекты в конечном изделии. Это открывает возможность сортировать частицы по качеству ещё на стадии синтеза, до встраивания в устройство.
Практические последствия
Читайте также по теме: новых технологиях света и материалов.
Для производства нанокристаллических дисплеев (QLED и следующее поколение MicroLED) это означает возможность отбраковывать дефектные частицы раньше, снижая число бракованных панелей. Для квантовых вычислений, где одиночные фотоны, испускаемые отдельными нанокристаллами, служат носителями информации, однородность свойств каждой частицы критически важна. «Мы разработали высокопроизводительный световой метод, который обеспечивает контроль качества на уровне отдельной частицы», — говорит д-р Кристоф Грубер, первый автор статьи.
