Esquema del proceso de crecimiento híbrido núcleo-caparazón
(PhysOrg.com) - Los investigadores de la Universidad de Maryland han creado una forma completamente nueva de producir materiales semiconductores de alta calidad críticos para la microelectrónica y la nanotecnología avanzadas. Publicado en la edición del 26 de marzo de Ciencias , su investigación es un paso fundamental en la ciencia de los nanomateriales que podría conducir a avances significativos en chips de computadora, celdas fotovoltaicas, biomarcadores y otras aplicaciones, según los autores y otros expertos.
"Este es un importante avance importante que demuestra que es posible hacer algo que antes era imposible, ", dijo el profesor asociado del Instituto de Tecnología de Massachusetts, Francesco Stellacci, cuyo propio trabajo se centra en el descubrimiento de nuevas propiedades en materiales a nanoescala y el desarrollo de nuevos esquemas de nanofabricación. "Esta investigación en realidad muestra que es posible a nanoescala que dos materiales coexistan felizmente en su interfaz, dos materiales que no coexistirían de otra manera, "explicó Stellacci, que no participó en el estudio.
Dirigido por Min Ouyang, un profesor asistente en el departamento de física y el Maryland NanoCenter, el equipo de la Universidad de Maryland ha creado un proceso que utiliza termodinámica química para producir, en solución, una amplia gama de diferentes materiales combinados, cada uno con una capa de semiconductor monocristalino estructuralmente perfecto alrededor de un núcleo de metal.
Ouyang y sus colegas investigadores Jiatao Zhang, Yun Tang y Kwan Lee, dicen que su método ofrece una serie de beneficios sobre el proceso existente, conocido como epitaxia, utilizado para crear semiconductores monocristalinos y dispositivos relacionados. La mayor ventaja de su proceso no epitaxial puede ser que evita dos limitaciones clave de la epitaxia:un límite en el grosor de la capa semiconductora de deposición y un requisito rígido para el "emparejamiento de celosía".
Las limitaciones del método epitaxial restringen los materiales que se pueden formar con él. Por ejemplo, autores Ouyang, Zhang, Tang y Lee señalan que los intentos de utilizar la epitaxia para lograr el tipo de nanoestructuras híbridas núcleo-capa que demuestran en su artículo no han tenido éxito.
"Nuestro proceso debe permitir la creación de materiales que produzcan componentes microelectrónicos multifuncionales altamente integrados; mejor, materiales más eficientes para células fotovoltaicas; y nuevos biomarcadores, "dijo Ouyang, quien señaló que su equipo está en proceso de solicitar una patente. “Imaginamos, por ejemplo, que podemos utilizar este método para crear nuevos tipos de células fotovoltaicas que son diez veces más eficientes en convertir la luz solar en electricidad que las células actuales.
"Nuestro método no requiere una instalación de sala limpia y los materiales no tienen que formarse al vacío de la forma en que lo hacen los fabricados por epitaxia convencional, "Dijo Ouyang." Por lo tanto, también sería mucho más simple y barato para las empresas producir materiales en masa con nuestro proceso ".
La epitaxia es una de las piedras angulares de la industria de semiconductores y la nanotecnología contemporáneas. Se ha considerado el método más asequible de crecimiento de cristales de alta calidad para muchos materiales semiconductores, incluido el silicio-germanio, nitruro de galio, arseniuro de galio, fosfuro de indio y grafeno.
Imágenes de microscopio electrónico de transmisión 3D de nanoestructuras híbridas de núcleo-capa de Au-CdS que poseen una capa de CdS monocristalina y varias estructuras de celosía de núcleo de Au desiguales.
Un salto cuántico
El nuevo método también se puede utilizar para diseñar y fabricar estructuras cuánticas artificiales que ayuden a los científicos a comprender y manipular la física básica del procesamiento de información cuántica a nanoescala. dijo Ouyang, señalando que él y su equipo tienen un artículo separado sobre las aplicaciones de la ciencia cuántica de este método que esperan publicar en un futuro próximo.
Este trabajo fue apoyado por la Oficina de Investigación Naval, la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) y la Fundación Beckman. El apoyo de la instalación fue de Maryland Nanocenter y su Nanocale Imaging, Laboratorio de Espectroscopia y Propiedades, que es apoyado en parte por la NSF como una instalación experimental compartida de los Centros de Ciencia e Ingeniería de Investigación de Materiales.
