Un equipo internacional de científicos de la Universidad Politécnica Pedro el Grande de San Petersburgo (SPbPU), La Universidad Leibniz de Hannover (Leibniz Universität Hannover) y el Instituto Ioffe informan sobre una forma de mejorar el material nanocompuesto, abriendo nuevas oportunidades en la industria. El estudio, titulado "El mecanismo de generación de portadores de carga en el TiO ₂ —Heterounión n-Si activada por nanopartículas de oro, "se publica en Ciencia y tecnología de semiconductores .

El estudio está dedicado a un semiconductor compuesto a base de dióxido de titanio. Sus aplicaciones son ampliamente estudiadas por investigadores de todo el mundo. Pero los procesos que tienen lugar en este material son muy complejos. Por lo tanto, para utilizar el semiconductor de forma más eficaz, es necesario asegurarse de que la energía encerrada entre sus capas pueda ser liberada y transmitida.

En el marco de los experimentos, los investigadores proponen un modelo cualitativo para explicar los procesos complejos. Utilizaron un material compuesto que consiste en una oblea de silicio (oblea de silicio estándar utilizada en dispositivos electrónicos), nanopartículas de oro y una fina capa de dióxido de titanio. Durante el experimento para transferir la energía dentro del material, los investigadores intentaron aislar nanopartículas de silicio. Si las nanopartículas no están aisladas de la oblea de silicio, entonces la energía no se puede transmitir al silicio ni al dióxido de titanio, que conduce a la pérdida de energía.

“El material obtenido fue una oblea de silicio con estructuras parecidas a pilares que crecieron en su superficie. Se utilizó como sustrato para la muestra. Sobre estos pilares se colocaron nanopartículas de oro y se recubrió toda la estructura con óxido de titanio. las nanopartículas solo entraron en contacto con dióxido de titanio, y simultáneamente se aislaron del silicio. El número de límites entre las capas disminuyó, e intentamos describir los procesos en el material. Además, asumimos que esta estructura aumentaría la eficiencia de usar la energía de la luz iluminando la superficie de nuestro material, "dice el Dr. Maxim Mishin, profesor de Física, Química, y Departamento de Tecnología de Equipos de Microsistemas de SPbPU.

En San Petersburgo, un grupo científico internacional estableció un modelo de una nueva estructura, luego se creó la parte principal de la estructura en Hannover:una oblea de silicio con pilares y nanopartículas de oro situadas encima de ella.

El experimento se realizó como sigue. Primero, la oblea estaba oxidada, es decir., estaba cubierto con una capa del sustrato, y encima se le pusieron nanopartículas de oro. "Después, nos enfrentamos a la siguiente tarea:crear pilares y realizar el grabado del sustrato para que quede debajo de las partículas y no y entre ellas. Teniendo en cuenta que estamos tratando con la nanoescala:el diámetro de las nanopartículas de oro es de aproximadamente 10 nanómetros, y la altura del pilar es de 80 nanómetros; esta no es una tarea trivial. El desarrollo de la nanoelectrónica moderna hace posible utilizar los llamados métodos de grabado "seco", como el grabado con iones reactivos, "añade el Dr. Marc Christopher Wurz del Instituto de Tecnología de Microproducción de la Universidad Leibniz de Hannover.

Según los científicos, el proceso no fue rápido. En las primeras etapas del experimento, mientras usa el grabado de iones, todas las nanopartículas de oro simplemente fueron demolidas de la oblea oxidada. En el transcurso de una semana, los investigadores estaban seleccionando los parámetros para grabar el sistema de plasma, de modo que las nanopartículas de oro permanecieron en la superficie. Todo el experimento se llevó a cabo en 10 días.

Este proyecto científico está en curso. Los investigadores informan que este material nanocompuesto se puede utilizar en dispositivos ópticos que operan en el espectro de luz visible. Además, se puede utilizar como catalizador para producir hidrógeno a partir del agua, o para purificar el agua estimulando la descomposición de moléculas complejas. Además, este material puede ser útil como elemento de un sensor que detecta fugas de gas o una mayor concentración de sustancias nocivas en el aire.