«آزمایشگاه خودکار» بهترین نقاط کوانتومی را برای دستگاه‌های نوری و فوتونیک کشف می‌کند - دنیای فیزیک

یک سیستم آزمایشگاهی خودمختار جدید محققان را قادر می سازد تا با استفاده از تکنیک های شیمی مرطوب معمولی، مواد با بالاترین عملکرد را برای کاربردهای خاص در چند ساعت یا چند روز شناسایی کنند. این سیستم که SmartDope نام دارد و توسط محققان آمریکایی ابداع شده است، همچنین از یادگیری ماشینی برای تجزیه و تحلیل نتایج آزمایش‌ها استفاده می‌کند. به گفته سازندگان آن، می تواند روند کشف و توسعه مواد پیشرفته برای دستگاه های اپتوالکترونیک و فوتونیک را تسریع بخشد.

در توسعه SmartDope، تیمی به رهبری دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی مهندس شیمی میلاد ابوالحسنی تمرکز بر یک چالش خاص: چگونه می توان بهترین نقاط کوانتومی دوپ شده را در کلاس خود ترکیب کرد. این نانوکریستال های نیمه هادی حاوی ناخالصی هایی هستند که عمداً برای اصلاح خواص نوری و فیزیکوشیمیایی نقاط معرفی شده اند و نویدبخشی زیادی برای دستگاه های فتوولتائیک نسل بعدی دارند. به عنوان مثال، نقاط کوانتومی دوپ شده می‌توانند کارایی سلول‌های خورشیدی را بهبود بخشند، اگر به گونه‌ای مهندسی شده باشند که نور ماوراء بنفش فراوان خورشید را به طول موج‌هایی تبدیل کنند که به طور موثرتری توسط این سلول‌ها جذب شوند و تبدیل انرژی واحد را افزایش دهند.

مشکل این است که سنتز نقاط کوانتومی با کیفیت بسیار بالا مورد نیاز برای چنین کاربردهایی چالش برانگیز است. ابوالحسنی توضیح می‌دهد که شناسایی بهترین «دستور العمل» برای انجام این کار با استفاده از تکنیک‌های مرسوم می‌تواند ۱۰ سال آزمایش متمرکز آزمایشگاهی طول بکشد. او می‌گوید: «این دلیلی است که ما آزمایشگاه خودمختار خود را توسعه داده‌ایم – بنابراین می‌توانیم این کار را در عرض چند ساعت یا چند روز انجام دهیم».

یک سیستم حلقه بسته

اولین قدم در هنگام استفاده از SmartDope این است که سیستم را با مواد شیمیایی پیش ساز تهیه کنید و به آن هدف بدهید. یک مثال ممکن است پیدا کردن نقاط کوانتومی پروسکایتی دوپ شده با بالاترین بازده کوانتومی باشد – یعنی نقطه‌ای که بیشترین تعداد فوتون‌های ساطع شده را به ازای هر فوتون جذب شده تولید می‌کند. سپس این سیستم آزمایش‌ها را به‌طور مستقل در یک راکتور جریان پیوسته اجرا می‌کند و متغیرهایی مانند مقادیر پیش‌ساز، دمای واکنش و زمان واکنش را دستکاری می‌کند. همچنین ویژگی های نوری نقاط کوانتومی تولید شده توسط هر آزمایش را به طور خودکار مشخص می کند، زیرا نقاط کوانتومی راکتور جریان را ترک می کنند.

سپس سیستم از یادگیری ماشین برای تجزیه و تحلیل نتایج استفاده می کند. در این فرآیند، درک خود را از شیمی سنتز به‌روزرسانی می‌کند و انتخاب می‌کند کدام آزمایش در کنار آن اجرا شود تا خواص نوری نقاط کوانتومی بهینه شود. این به اصطلاح عملیات حلقه بسته به SmartDope اجازه می دهد تا به سرعت بهترین نقطه کوانتومی ممکن را شناسایی کند.

در اثری که ابوالحسنی و همکاران در آن شرح می دهند مواد پیشرفته انرژی, آنها بهترین راه را برای ساختن نقاط کوانتومی پروسکایت هالید سرب با کاتیون فلزی مطالعه کردند. به طور خاص، آنها دوپینگ چند کاتیونی CsPbCl را تجزیه و تحلیل کردند₃ نقاط کوانتومی با استفاده از فرآیند سنتز "یک گلدان" در دمای بالا.

به لطف SmartDope، محققان توانستند تنها در یک روز آزمایش‌های خود به‌طور مستقل، بهترین دستور برای ساخت نقاط کوانتومی دوپ‌شده را شناسایی کنند که بازده کوانتومی فوتولومینسانس 158 درصد را تولید می‌کرد – یعنی نقاط کوانتومی به طور متوسط ​​1.58 ساطع می‌کردند. فوتون به ازای هر فوتونی که جذب کردند. رکورد قبلی در این کلاس از مواد 130 درصد است.

ابوالحسنی می گوید: «پیامدهای این کار عمیق است دنیای فیزیک"به ویژه برای انرژی های تجدید پذیر. توانایی SmartDope برای شناسایی و بهینه سازی سریع مواد کاربردی پیشرفته برای کاربردهایی مانند دستگاه های فتوولتائیک نسل بعدی، به عنوان مثال، امکانات جدیدی را برای بهبود کارایی سلول های خورشیدی باز می کند.

البوحسنی می گوید: محققان اکنون سیستم خود را با هدف "کاوش در مواد جدید و گسترش قابلیت های فیزیکی و دیجیتالی آن برای رسیدگی به طیف وسیع تری از چالش ها در علوم شیمیایی و مواد" بیشتر می کنند. او می گوید: «ما همچنین به طور فعال در حال بررسی همکاری با شرکای صنعتی برای پیاده سازی SmartDope در تنظیمات دنیای واقعی هستیم. "هدف ما این است که به استفاده از قدرت آزمایشگاه های خودمختار برای ایجاد پیشرفت های سریع در علوم شیمیایی و مواد ادامه دهیم."

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/autonomous-laboratory-unearths-the-best-quantum-dots-for-optoelectronic-and-photonic-devices/