Традиционные методы, такие как литография, химическое осаждение из газовой фазы и отжимное покрытие, сложны, малопригодны для больших площадей и ограничивают коммерциализацию.

В связи с этим группа Юнхи Ли разработала технологию капельной струйной печати на основе поверхностного натяжения. Метод "капля за каплей" наносит пиколитровые капли чернил с нанотрубками на электроды, где чернила распределяются равномерно благодаря поверхностному натяжению. Это позволило изготовить устройства без дополнительных процессов, с высокой стабильностью и воспроизводимостью: 72% устройств удалось создать в нужной форме.

Кроме того, группа успешно захватила серотонин — нейромедиатор головного мозга — с помощью присоединённых фрагментов ДНК (аптамеров), специфично связывающихся с молекулами. Аптамеры показали высокую чувствительность, обнаруживая концентрации менее 42 пикомолей (что меньше одной пряди волос).

Результаты указывают на потенциал технологии для ранней диагностики и мониторинга неврологических заболеваний в реальном времени, таких как депрессия и болезнь Паркинсона.

"Это исследование значимо, поскольку позволяет создавать высокопроизводительные датчики простым методом струйной печати", — отметил Юнхи Ли. "В будущем мы превратим эту технологию в платформу для индивидуальных биосенсоров, выявляющих биомаркеры различных заболеваний".

В исследовании участвовали: первый автор Ынха Ли (старший научный сотрудник, департамент биомедицинских технологий), соавтор Хонки Кан (профессор, департамент биомедицинской инженерии медицинского колледжа Сеульского национального университета), первый автор Сухен Парк (исследователь, департамент биомедицинских технологий), а также Минье Шин (первый автор) и Евнуй Ким (соавтор) из департамента электротехники и компьютерных наук DGIST.

Через год после встречи исследователей NREL Мэтью Хаутцингера и Сейджа Бауэрса, посвящённой малоизученным наноматериалам, они успешно синтезировали квантовые точки из фазы Zintl на основе BaCd2P2. Эти нанокристаллы привлекают внимание яркой фотолюминесценцией, химической стабильностью и использованием доступных природных элементов.

"Мы переоценили материалы, разработанные 40-50 лет назад, чтобы найти новые неорганические кандидаты для современной оптоэлектроники", — отметил Хаутцингер. В частности, BaCd2P2 заинтересовал их оптимальной шириной запрещённой зоны, долгим временем жизни носителей и высокой устойчивостью к дефектам.

Поскольку традиционные методы получения материалов фазы Zintl непрактичны, команда провела первый синтез коллоидных квантовых точек BaCd2P2 и изучила их свойства, опубликованные в ACS Nano. Квантовые точки — нанокристаллы размером в несколько нанометров — обладают настраиваемыми оптическими и электронными характеристиками благодаря эффектам квантового удержания. Это открывает возможности для улучшения светодиодов, дисплеев, оптических волокон, солнечных панелей и биовизуализации.

Бауэрс подчеркнул, что уже при первом синтезе квантовые точки BaCd2P2 демонстрировали яркую фотолюминесценцию без специальной химической обработки, что говорит о большом потенциале материала.

Ключевым фактором стала высокая устойчивость BaCd2P2 к дефектам, предсказанная теоретически и подтверждённая экспериментально. В отличие от классических полупроводников, где требуется пассивация поверхности, этот материал легче превращается в квантовые точки без снижения качества.

Синтез осуществлялся путём быстрого введения фосфорного предшественника в нагретую смесь бария и кадмия с лигандами. Регулировка температуры позволяла контролировать размер наночастиц и их оптические свойства.

Для подтверждения структуры и состава использовались методы электронной и рентгеновской дифракции, рамановской спектроскопии и рентгеновской флуоресценции.

Полученные квантовые точки излучали яркий свет с квантовым выходом фотолюминесценции около 21% — показатель, достигаемый без сложной обработки и важный для промышленного применения.

Далее команда создала тонкие пленки из раствора BaCd2P2, характерные для оптоэлектронных устройств. Исследования показали гладкую поверхность без дефектов, что открывает путь к интеграции материала в реальные технологии.

"Мы упростили процесс синтеза, не потеряв контроля над свойствами материала", — отметил Бауэрс. Пленки из квантовых точек BaCd2P2 могут стать более доступной и эффективной альтернативой существующим технологиям.

Кроме того, BaCd2P2 состоит из широко распространённых элементов, что снижает риски перебоев в цепочках поставок. Команда также экспериментировала с частичной заменой кадмия на цинк для снижения токсичности, сохраняя фотолюминесцентные свойства.

"Это новое направление, и мы продолжим исследовать, как изменение состава влияет на свойства и открывает новые возможности", — добавил Бауэрс.

Таким образом, исследование квантовых точек на основе фаз Zintl, таких как BaCd2P2, открывает перспективы для развития оптоэлектроники с использованием стабильных, доступных и настраиваемых материалов.

"Хиральность легко контролируется в органике, но сложно в металлах на наноуровне. Добавление хиральных молекул — прорыв в химии материалов", — сказал профессор Нам.

Для проверки хиральности использовали метод на основе ЭДС в вращающихся магнитных полях. Левая и правая спирали генерировали противоположные сигналы, подтверждая хиральность даже в материалах, слабо взаимодействующих со светом.

Магнитный материал обеспечивает перенос спина на большие расстояния при комнатной температуре благодаря высокой энергии обмена. Это асимметричный эффект, независимый от угла инжекции спина, не наблюдаемый в немагнитных спиралях.

Команда продемонстрировала устройство с проводимостью, зависящей от хиральности, открывая путь к приложениям в спинтронике. Профессор Ким отметил: "Эта система может стать платформой для хиральной спинтроники и магнитных наноструктур".

Метод позволяет регулировать направление спина (влево/вправо) и количество нитей (двойные, множественные спирали) электрохимически, что внесет вклад в новые области применения.