Colaboración de químicos, físicos y científicos de materiales de la Universidad de Pensilvania han creado un método simple y económico para hacer crecer rápidamente membranas a escala centimétrica de superredes de nanocristales binarios, o BNSL, cristalizando una mezcla de nanocristales en una superficie líquida.

El estudio demuestra una forma nueva y espontánea de cultivar membranas BNSL ordenadas de largo alcance con un control riguroso del tamaño de los nanocristales. forma y concentración combinando dos tipos de nanocristales y ensamblándolos durante una etapa de secado en la superficie de un líquido en condiciones normales.

El método supera varias limitaciones de las estrategias de ensamblaje existentes y produce grandes membranas independientes que se pueden transferir a cualquier sustrato deseado, como obleas de silicio, portaobjetos de vidrio y sustratos de plástico, permitiendo que las películas nanocristalinas se introduzcan en cualquier etapa del proceso de fabricación del dispositivo.

El equipo demostró el potencial para integrar estos nuevos materiales mediante el crecimiento de membranas de superrejilla a escala milimétrica que contienen nanocristales de óxido de hierro de dos tamaños diferentes e incorporando las membranas en dispositivos magnetorresistivos. Las mediciones mostraron que la magnetorresistencia del dispositivo resultante dependía de la estructura del BNSL y, por lo tanto, era controlable.

Las propiedades físicas intrínsecas de estos nanocristales (bloques de construcción cristalinos de tamaño nanométrico) ofrecen un giro moderno a los estudios del ensamblaje interfacial que se remontan al fundador de Penn, Benjamin Franklin, y sus estudios sobre la propagación del aceite en el agua en la década de 1770.

Las películas de nanocristales de uno y varios componentes ya están siendo objeto de una intensa investigación por parte de los investigadores como facilitadores de nuevas tecnologías ópticas que van desde las células solares de bajo costo, diodos emisores de luz y fotodetectores y también en sistemas electrónicos que incluyen transistores de efecto de campo y enfriadores y generadores termoeléctricos de estado sólido y tecnologías magnéticas que incluyen materiales de grabación magnéticos y sensores magnéticos e incluso películas electrocatalíticas y fotocatalíticas personalizadas.

El ensamblaje conjunto de dos tipos de nanocritales en BNSL proporciona un bajo costo, Ruta modular para programar el autoensamblaje de materiales con combinaciones de propiedades controladas con precisión. Los avances en estos complejos ensamblajes interfaciales y las mejoras en la transferencia de membranas de nanocristales de un solo componente en los últimos años han aumentado la anticipación de que este control podría extenderse a sistemas mucho más complejos.

Este estudio de Penn establece una ruta para las membranas BNSL de gran superficie independientes con la capacidad adicional de laminarlas sobre cualquier sustrato arbitrario.

"Fundamentalmente, el cultivo de BNSL en una superficie líquida arrojará luz sobre los mecanismos del ensamblaje de nanocristales multicomponente, que son fundamentales para los nuevos conceptos en la nanofabricación basada en el autoensamblaje, "dijo Christopher B. Murray, Profesor de Química y Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad Richard Perry en Penn.

La investigación, financiado por la Oficina de Investigación del Ejército de EE. UU. y un Premio de Centros de Ciencia e Ingeniería de Investigación de Materiales de la Fundación Nacional de Ciencias, se publica en la revista de esta semana Naturaleza .

Las estrategias existentes para cultivar BNSL implican un proceso más complejo de evaporación de una solución de dos nanocristales en un sustrato sólido a temperatura y presión cuidadosamente reguladas que influyen en la formación de BNSL. El método adolece de varias limitaciones, más notablemente una elección limitada de sustrato, nucleación de micrometros irregulares, islas aisladas de BNSL en los sustratos y la imposibilidad de transferirlas una vez formadas.

"Dado que esta nueva estrategia de ensamblaje es general para diferentes combinaciones de nanocristales, anticipamos que las membranas de BNSL cuasicristalinas y superredes de nanocristales ternarios también se cultivarán mediante este método, expandiendo enormemente los sistemas que se pueden explorar ", dijo Murray." Nuestro sueño es programar la organización de materiales en todas las escalas de longitudes de nanómetros a milímetros combinando las propiedades físicas deseables de múltiples sistemas de nanoescala. Fundamentalmente estamos enfocados en identificar, comprender y optimizar nuevas interacciones sinérgicas en nanomateriales y explotar estas propiedades emergentes en nuevos dispositivos y sistemas ".