«Автономная лаборатория» обнаружила лучшие квантовые точки для оптоэлектронных и фотонных устройств

Новая автономная лабораторная система позволила исследователям определить наиболее эффективные материалы для определенных применений за считанные часы или дни, по сравнению с годами, используя традиционные методы влажной химии. Система, получившая название SmartDope и разработанная исследователями из США, также использует машинное обучение для анализа результатов экспериментов. По мнению его создателей, он может ускорить процесс открытия и разработки современных материалов для устройств оптоэлектроники и фотоники.

При разработке SmartDope команда под руководством Университет штата Северная Каролина инженер-химик Милад Аболхасани сосредоточились на конкретной задаче: как синтезировать лучшие в своем классе легированные квантовые точки. Эти полупроводниковые нанокристаллы содержат примеси, которые были намеренно введены для изменения оптических и физико-химических свойств точек, и они представляют большие перспективы для фотоэлектрических устройств следующего поколения. Легированные квантовые точки могли бы, например, повысить эффективность солнечных элементов, если бы они были спроектированы так, чтобы преобразовывать обильный ультрафиолетовый свет Солнца в длины волн, которые более эффективно поглощаются этими элементами, улучшая преобразование энергии устройства.

Проблема в том, что синтезировать квантовые точки с очень высоким качеством, необходимым для таких приложений, сложно. По словам Аболхасани, для определения лучшего «рецепта» этого с использованием традиционных методов может потребоваться 10 лет целенаправленных лабораторных экспериментов. «Именно поэтому мы разработали нашу автономную лабораторию — чтобы мы могли сделать это всего за несколько часов или дней», — говорит он.

Система с замкнутым контуром

Первым шагом при использовании SmartDope является обеспечение системы химическими веществами-прекурсорами и постановка цели. Одним из примеров может быть поиск квантовых точек легированного перовскита с самым высоким квантовым выходом, то есть таких, которые производят наибольшее количество испускаемых фотонов на каждый поглощенный фотон. Затем система будет автономно проводить эксперименты в реакторе непрерывного действия, манипулируя такими переменными, как количество прекурсора, температура реакции и время реакции. Он также автоматически характеризует оптические свойства квантовых точек, полученных в результате каждого эксперимента, когда квантовые точки покидают проточный реактор.

Затем система использует машинное обучение для анализа результатов. В процессе он обновляет свое понимание химии синтеза и выбирает, какой эксперимент провести следующим, чтобы оптимизировать оптические свойства квантовых точек. Эта так называемая операция с обратной связью позволяет SmartDope быстро идентифицировать наилучшую возможную квантовую точку.

В работе, которую Аболхасани и коллеги описывают в Передовые Энергетические Материалы, они изучили лучший способ создания квантовых точек перовскита, легированного катионами металлов. Более конкретно, они проанализировали мультикатионное легирование CsPbCl.₃ квантовые точки с использованием процесса высокотемпературного синтеза «в одном горшке».

Благодаря SmartDope исследователи всего за один день автономного проведения своих экспериментов смогли определить лучший рецепт изготовления легированных квантовых точек, который давал квантовый выход фотолюминесценции 158%, то есть квантовые точки излучали в среднем 1.58%. фотонов на каждый фотон, который они поглотили. Предыдущий рекорд в этом классе материалов составляет 130%.

«Последствия этой работы огромны», — говорит Аболхасани. Мир физики, «особенно для возобновляемых источников энергии. Способность SmartDope быстро идентифицировать и оптимизировать передовые функциональные материалы для таких применений, как фотоэлектрические устройства следующего поколения, открывает новые возможности, например, для повышения эффективности солнечных элементов».

Сейчас исследователи продолжают совершенствовать свою систему с целью «исследования новых материалов и расширения ее физических и цифровых возможностей для решения более широкого спектра задач в области химических и материаловедения», — говорит Альбохасани. «Мы также активно рассматриваем возможность сотрудничества с отраслевыми партнерами для внедрения SmartDope в реальных условиях», — сообщает он. «Наша цель — продолжать использовать возможности автономных лабораторий для быстрого прогресса в области химических наук и наук о материалах».

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/autonomous-laboratory-unearths-the-best-quantum-dots-for-optoelectronic-and-photonic-devices/