|
ИИ обнаружил лучшую в своем классе квантовую точку
|
|
|
|
Могут потребоваться годы целенаправленной лабораторной работы, чтобы определить, как производить материалы высочайшего качества для использования в электронных и фотонных устройствах. Исследователи теперь разработали автономную систему, которая может определить, как синтезировать «лучшие в своем классе» материалы для конкретных применений за часы или дни. Новая система под названием SmartDope была разработана для решения давней проблемы улучшения свойств материалов, называемых перовскитными квантовыми точками, посредством «легирования». «Эти легированные квантовые точки представляют собой полупроводниковые нанокристаллы, в которые вы целенаправленно ввели определенные примеси, что изменило их оптические и физико-химические свойства», — объясняет Милад Аболхасани, доцент кафедры химического машиностроения Университета штата Северная Каролина и автор статьи. «Smart Dope: беспилотная жидкостная лаборатория для ускоренной разработки легированных перовскитных квантовых точек», опубликованная в открытом доступе в журнале Advanced Energy Materials.
|
|
|
|
«Эти конкретные квантовые точки представляют интерес, поскольку они перспективны для фотоэлектрических устройств следующего поколения и других фотонных и оптоэлектронных устройств», — говорит Аболхасани. «Например, их можно использовать для повышения эффективности солнечных элементов, поскольку они могут поглощать длины волн УФ-излучения, которые солнечные элементы поглощают неэффективно, и преобразовывать их в волны света, которые солнечные элементы очень эффективно преобразуют в электричество». Однако, хотя эти материалы очень многообещающи, существует проблема разработки способов синтеза квантовых точек максимально возможного качества, чтобы максимизировать их эффективность при преобразовании ультрафиолетового света в световые волны желаемой длины. «У нас был простой вопрос», — говорит Аболхасани. «Какая легированная квантовая точка лучше всего подходит для этого приложения? Но ответ на этот вопрос с использованием традиционных методов может занять 10 лет. Поэтому мы разработали автономную лабораторию, которая позволяет нам ответить на этот вопрос за несколько часов».
|
|
|
Система SmartDope представляет собой «беспилотную» лабораторию. Для начала исследователи сообщают SmartDope, с какими химическими веществами-прекурсорами следует работать, и ставят перед ним определенную цель. Целью этого исследования было найти легированную квантовую точку перовскита с самым высоким «квантовым выходом» или самым высоким соотношением фотонов, которые квантовая точка излучает (в виде инфракрасного или видимого диапазона волн света) по отношению к фотонам, которые она поглощает (через УФ-свет). Получив эту первоначальную информацию, SmartDope начинает автономно проводить эксперименты. Эксперименты проводятся в реакторе непрерывного действия, в котором используются чрезвычайно малые количества химикатов для быстрого проведения экспериментов по синтезу квантовых точек, поскольку прекурсоры проходят через систему и реагируют друг с другом. Для каждого эксперимента SmartDope манипулирует набором переменных, таких как: относительные количества каждого материала-прекурсора; температура, при которой он смешивает эти прекурсоры; и время реакции, даваемое при добавлении новых предшественников.
|
|
|
|
SmartDope также автоматически характеризует оптические свойства квантовых точек, полученных в результате каждого эксперимента, когда они покидают проточный реактор. «Поскольку SmartDope собирает данные о каждом из своих экспериментов, он использует машинное обучение, чтобы обновить свое понимание химии синтеза легированных квантовых точек и сообщить, какой эксперимент проводить следующим, с целью создания наилучшей возможной квантовой точки», — говорит Аболхасани. «Процесс автоматического синтеза квантовых точек в проточном реакторе, определения характеристик, обновления модели машинного обучения и выбора следующего эксперимента называется операцией с обратной связью». Итак, насколько хорошо работает SmartDope? «Предыдущий рекорд квантового выхода в этом классе легированных квантовых точек составлял 130% — это означает, что квантовая точка излучала 1,3 фотона на каждый поглощенный фотон», — говорит Аболхасани.
|
|
|
|
«За один день работы с SmartDope мы определили способ синтеза легированных квантовых точек, который дает квантовый выход 158%. Это значительный прогресс, на поиск которого с использованием традиционных экспериментальных методов потребуются годы. Мы нашли лучший в своем классе решение данного материала за один день. «Эта работа демонстрирует возможности беспилотных лабораторий, использующих проточные реакторы, для быстрого поиска решений в области химии и материаловедения», — говорит Аболхасани. «В настоящее время мы работаем над некоторыми интересными способами продвижения этой работы, а также открыты для сотрудничества с отраслевыми партнерами».
|
|
|
|
Источник
|
