Paneles solares de película fina, el teléfono celular en la mano y la bombilla LED que ilumina su hogar están hechos con algunos de los más raros, elementos más caros que se encuentran en el planeta.

Un equipo internacional que incluye a investigadores de la Universidad de Michigan ha ideado una forma de hacer que este tipo de materiales optoelectrónicos sea más barato, elementos más abundantes. Estos compuestos también se pueden "sintonizar" para recolectar energía eléctrica de manera eficiente de las diferentes longitudes de onda de la luz en el espectro solar y para producir la gama de colores que nos gusta usar en la iluminación.

Solo se pueden usar tipos específicos de compuestos, una combinación de dos o más elementos, para fabricar dispositivos electrónicos que emitan luz o recolecten electricidad de manera eficiente. Si recuerda en las clases de química de su escuela primaria, cada columna de la tabla periódica se considera un grupo de elementos.

Por ejemplo, el grupo III incluye elementos como el indio y el galio, ambos elementos relativamente escasos que, sin embargo, sustentan actualmente aplicaciones que combinan luz y electricidad. El problema es, estos compuestos a menudo involucran elementos que solo se encuentran en algunos lugares del mundo.

"De hecho, corremos el peligro de quedarnos sin algunos de esos elementos porque no son fáciles de reciclar y su suministro es limitado, "dijo el físico Roy Clarke, quien lidera el esfuerzo de la UM. "No es viable que la tecnología dependa de algo que probablemente se agotará en una escala de 10 a 20 años".

El equipo de investigación encontró una manera de combinar dos elementos comunes de las columnas del grupo III para hacer un compuesto novedoso compuesto por elementos de los grupos II, IV y V. Este compuesto II-IV-V se puede utilizar en lugar de los elementos raros que se encuentran típicamente en los materiales optoelectrónicos III-V con propiedades similares, excepto que son mucho más abundantes y menos costosos.

El nuevo compuesto de zinc, el estaño y el nitrógeno pueden cosechar tanto la energía solar como la luz, por lo que funcionaría en paneles solares de película delgada, así como en bombillas LED, pantallas de teléfonos móviles y pantallas de televisión.

El uso de magnesio en lugar de zinc amplía aún más el alcance de los materiales a la luz azul y ultravioleta. Ambos compuestos también son "sintonizables", es decir, cuando los investigadores cultivan cristales de cualquiera de los compuestos, los elementos se pueden ordenar de tal manera que el material sea sensible a longitudes de onda de luz específicas.

Se desea esta capacidad de sintonización porque permite a los investigadores ajustar el material para responder a la más amplia gama de longitudes de onda de luz. Esto es especialmente importante para los diodos emisores de luz para que los diseñadores de dispositivos puedan seleccionar el color de la luz producida.

"Cuando iluminas una casa o una oficina, quieres poder ajustar la calidez de la luz, a menudo imitando la luz solar natural, ", Dijo Clarke." Estos nuevos compuestos II-IV-V nos permitirían hacer eso ".

Estudiantes de posgrado Robert Makin, Krystal York y James Mathis cultivaron las películas delgadas en el laboratorio de Steve Durbin, profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Western Michigan.

Makin que acaba de obtener su Ph.D. de WMU y es el autor principal del estudio, utilizó una técnica llamada epitaxia de haz molecular (MBE) para producir los compuestos deseados en las condiciones correctas para hacer películas con un grado cuidadosamente controlado de orden atómico.

MBE establece cada capa atómica del compuesto de manera sistemática, para que los investigadores pudieran estudiar la capa fina, o película, estructura a medida que la estaban creciendo. La siguiente fase de la investigación, que conduce a la construcción de varios diseños de dispositivos, pide estudios detallados de la respuesta electrónica de esta familia de materiales y pruebas de varias arquitecturas a nanoescala que explotan su versatilidad.

El equipo de investigación también incluye miembros de la Université de Lorraine en Francia y la Universidad de Canterbury en Nueva Zelanda. Su investigación se publica en Cartas de revisión física .