دانشمندان سعی دارند با شناسایی مکانسیم دقیق خاصیت خودتخلیص‌شوندگی نانوبلورها، دامنه کاربرد نیمه‌هادی‌ها را در فناوری‌هایی مانند پیل‌های خورشیدی، تجهیزات الکترولومینسانس و ادوات الکترونیکی توسعه دهند.
تقویت نانوبلورها با افزودن ناخالصی
دانشمندان سعی دارند با شناسایی سازوکار دقیق خاصیت خودتخلیص‌شوندگی نانوبلورها، دامنه کاربرد نیمه‌هادی‌ها را در فناوری‌هایی مانند پیل‌های خورشیدی، تجهیزات الکترولومینسانس و ادوات الکترونیکی توسعه دهند.
نانوبلورها حجم داخلی بسیار کمی دارند و به همین دلیل به راحتی می‌توان ناخالصی‌ها را از درون آنها خارج کرد. تقویت نیمه‌هادی‌ها به معنای افزودن یک ماده خارجی به درون ساختار آنهاست که منجر به افزایش کنترل شده قابلیت‌های الکتریکی از جمله هدایت آن می شود. هرچند بسیاری فکر می‌کنند نانوبلورها به دلیل حجم درونی اندک، آلوده نمی‌شوند و در صورت ورود جسم خارجی به درون ساختار، سریعاً از درون شبکه بلور خارج می‌شود. تحقیقات نشان می‌دهد، می‌توان مشکلات تقویت نانوبلورها را با بررسی توپولوژی سطح بلور توضیح داد. همچنین سهولت خروج ناخالصی از درون نانوبلورها از طریق همین موضوع قابل توضیح است. تحقیقات اخیر نشان می‌دهد هر قدر اندازه نانوبلورها کوچک‌تر باشد انرژی نگهدارنده آنها نیز کمتر شده و در نتیجه تقویت آنها مشکل‌تر خواهد شد.
تصاویر ناخالص‌های منیزیم درون نانوبلورهای کادمیم- سلنیم
دالپین و جیمز از محققان دانشگاه تگزاس ثابت کردند با افزایش غلظت آنیون‌ها درون محلول، ناخالصی‌ها راحت‌تر به درون بلورها نفوذ می‌کنند. این محیط باعث تغییر شکل ساختمان نانوبلور شده و انرژی مورد نیاز برای وارد کردن ناخالصی به درون بلور را کاهش می‌دهد و نانوبلور راحت‌تر تقویت می‌شود. در مباحث سینتیکی، اندازه‌گیری انرژی سد، ضرایب توزیع و شکل نانوبلور مورد بحث است. این گروه برای توضیح ساز وکار تقویت نانوبلورها از مدلی که به معنای معادلات ترمودینامیکی بوده استفاده کردند و در آن فقط انرژی تشکیل بلور در حالت تقویت شده مورد نیاز است.
ورود یک ناخالصی به شبکه بلور منجر به ایجاد یک سطح انرژی جدید درون نانوبلور می‌شود که این سطح، باعث تغییر ساختار و در نتیجه تغییر انرژی شبکه بلور می‌شود. این محققان دریافتند، خواص ساختاری بلور تقویت شده به اندازه بلور ارتباطی ندارد، اما اگر اندازه نانوبلور کوچک‌تر باشد، تفاوت انرژی تشکیل اولیه بلور با انرژی تشیکل بلور تقویت شده بیشتر خواهد شد.
دالپین در توضیح این پدیده می‌گوید: «فرض کنید دو تراز جدا از هم با انرژی متفاوت وجود دارد، برای وارد کردن الکترون، به تراز عمیق‌تر، انرژی بیشتری مورد نیاز است. حال با کاهش اندازه بلور ترازها عمیق‌تر شده و انرژی مورد نیاز برای تقویت آن بیشتر خواهد شد. همین وضعیت برای توضیح خودتخلیص‌شوندگی نانوبلورها نیز صدق می‌کند، زیرا با کوچک‌تر شدن بلور، ناخالصی سخت‌تر وارد آن می‌شود. برای کاهش انرژی مورد نیاز جهت تقویت (ورود ناخالصی به بلور)، باید غنی‌سازی در محیطی مملو از آنیون صورت گیرد. به عنوان مثال در محلول حاوی نانوبلورهای سولفید کادمیم، برای ورود کاتیون منگنز به شبکه بلوری، بین کاتیون منگنز و کادمیم رقابت شدیدی وجود دارد، ولی اگر این سیستم را درون محیط غلیظ سولفید آنیونی قرار دهیم، به دلیل تشکیل رسوب سولفید کادمیم، رقابت میان کادمیم و منگنز کاهش یافته، منگنز راحت‌تر وارد شبکه بلور می‌گردد.
