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    Una nueva clase de semiconductores blandos podría transformar las pantallas HD

    Una placa 2-D que muestra segmentos alternados de cloruro de plomo-cesio (azul) y bromuro de plomo-cesio (verde). Crédito:Letian Dou / Berkeley Lab y Connor G. Bischak / UC Berkeley

    Es posible que un nuevo tipo de semiconductor esté llegando a una pantalla de alta definición cerca de usted. Los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía (Berkeley Lab) han demostrado que una clase de semiconductores llamados perovskitas de haluro es capaz de emitir múltiples, colores brillantes de un solo nanoalambre en resoluciones tan pequeñas como 500 nanómetros.

    Los resultados, publicado en línea esta semana en la primera edición de la procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias , representan un claro desafío para las pantallas de puntos cuánticos que dependen de los nanocristales semiconductores tradicionales para emitir luz. También podría influir en el desarrollo de nuevas aplicaciones en optoelectrónica, fotovoltaica, láseres nanoscópicos, y fotodetectores ultrasensibles, entre otros.

    Los investigadores utilizaron la litografía por haz de electrones para fabricar heterouniones de nanocables de perovskita de haluro, la unión de dos semiconductores diferentes. En aplicaciones de dispositivos, las heterouniones determinan el nivel de energía y las características de la banda prohibida, y, por lo tanto, se consideran un componente clave de la electrónica y la energía fotovoltaica modernas.

    Los investigadores señalaron que la red en las perovskitas de haluro se mantiene unida por enlaces iónicos en lugar de covalentes. En enlaces iónicos, los átomos de cargas opuestas se atraen entre sí y se transfieren electrones entre sí. Enlaces covalentes, a diferencia de, ocurren cuando los átomos comparten sus electrones entre sí.

    Un nanocable de heterounión de bromuro de cesio-plomo (CsPbBr3) - cloruro de cesio-plomo (CsPbCl3) que emite luz verde y azul simultáneamente bajo excitación UV. Crédito:Letian Dou / Berkeley Lab y Connor G. Bischak / UC Berkeley

    "Con perovskita de haluro inorgánico, podemos intercambiar fácilmente los aniones en los enlaces iónicos mientras mantenemos la naturaleza monocristalina de los materiales, "dijo el investigador principal del estudio, Peidong Yang, científico principal de la facultad de la División de Ciencias de los Materiales de Berkeley Lab. "Esto nos permite reconfigurar fácilmente la estructura y composición del material. Es por eso que las perovskitas de haluro se consideran semiconductores de celosía blanda. Enlaces covalentes, a diferencia de, son relativamente robustos y requieren más energía para cambiar. Nuestro estudio básicamente mostró que podemos cambiar la composición de cualquier segmento de este semiconductor blando ".

    En este caso, los investigadores probaron perovskita de haluro de plomo y cesio, y luego utilizaron una técnica de nanofabricación común combinada con química de intercambio aniónico para intercambiar los iones de haluro para crear yoduro de cesio y plomo, bromuro, y perovskitas de cloruro.

    Cada variación resultó en la emisión de un color diferente. Es más, los investigadores demostraron que se podían diseñar múltiples heterouniones en un solo nanoalambre. Pudieron lograr un tamaño de píxel de hasta 500 nanómetros, y determinaron que el color del material se podía sintonizar en todo el rango de luz visible.

    Los investigadores dijeron que la técnica de procesamiento de solución química utilizada para tratar esta clase de Los semiconductores con enlaces iónicos son mucho más simples que los métodos utilizados para fabricar semiconductores coloidales tradicionales.

    Un nanocable de heterounión de yoduro de plomo de cesio-bromuro de plomo de cesio-cloruro de plomo de cesio que emite simultáneamente rojo, verde, y luz azul bajo excitación UV. Crédito:Letian Dou / Berkeley Lab y Connor G. Bischak / UC Berkeley

    "Para semiconductores convencionales, fabricar la unión es bastante complicado y caro, "dijo el coautor principal del estudio, Letian Dou, quien realizó el trabajo como becario postdoctoral en el laboratorio de Yang. "Las altas temperaturas y las condiciones de vacío generalmente están involucradas para controlar el crecimiento y el dopado de los materiales. Controlar con precisión la composición y las propiedades de los materiales también es un desafío porque los semiconductores convencionales son 'duros' debido a la fuerte unión covalente".

    Para intercambiar los aniones en un semiconductor blando, el material se empapa en una solución química especial a temperatura ambiente.

    "Es un proceso simple, y es muy fácil escalar "dijo Yang, quien también es profesor de química en UC Berkeley. "No es necesario pasar muchas horas en una habitación limpia, y no necesitas altas temperaturas ".

    Los investigadores continúan mejorando la resolución de estos semiconductores blandos, y estamos trabajando para integrarlos en un circuito eléctrico.


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