Investigadores de la Universidad Hebrea de Jerusalén han logrado un gran avance en el campo de la nanociencia al alterar con éxito las propiedades de los nanocristales con átomos de impurezas, un proceso llamado dopaje, abriendo así el camino para la fabricación de nanocristales semiconductores mejorados.

Los nanocristales semiconductores constan de decenas a miles de átomos y son 10, 000 veces más pequeño que el ancho de un cabello humano. Estas diminutas partículas tienen usos en una gran cantidad de campos, como la iluminación de estado sólido, células solares y bioimagen. Una de las principales aplicaciones potenciales de estos notables materiales se encuentra en la industria de los semiconductores, donde la miniaturización intensiva ha tenido lugar durante los últimos 50 años y ahora se encuentra en el rango de los nanómetros.

Sin embargo, estos semiconductores son malos conductores eléctricos, y para utilizarlos en circuitos electrónicos, su conductividad debe ajustarse mediante la adición de impurezas. En este proceso, átomos extraños, llamadas impurezas, se introducen en el semiconductor, provocando una mejora en su conductividad eléctrica.

Hoy dia, la industria de los semiconductores gasta anualmente miles de millones de dólares en esfuerzos para agregar intencionalmente impurezas a los productos semiconductores, que es un paso importante en la fabricación de numerosos productos electrónicos, incluyendo chips de computadora, diodos emisores de luz y células solares.

Debido a la importancia del dopaje para la industria de los semiconductores, investigadores de todo el mundo han realizado continuos intentos de dopaje de nanocristales para lograr una miniaturización cada vez mayor y mejorar los métodos de producción de dispositivos electrónicos. Desafortunadamente, estos diminutos cristales son resistentes al dopaje, ya que su pequeño tamaño hace que las impurezas sean expulsadas. Un problema adicional es la falta de técnicas analíticas disponibles para estudiar pequeñas cantidades de dopantes en nanocristales. Debido a esta limitación, la mayor parte de la investigación en esta área se ha centrado en la introducción de impurezas magnéticas, que se puede analizar más fácilmente. Sin embargo, las impurezas magnéticas no mejoran realmente la conductividad del nanocristal.

Prof. Uri Banin y su estudiante de posgrado, David Mocatta, del Centro Universitario Hebreo de Nanociencia y Nanotecnología, han logrado un gran avance en el desarrollo de un sencillo, reacción química a temperatura ambiente para introducir átomos de impurezas de metales en los nanocristales semiconductores. Vieron nuevos efectos no reportados previamente. Sin embargo, cuando los investigadores intentaron explicar los resultados, encontraron que la física de los nanocristales dopados no se entendía muy bien.

Poco a poco, en colaboración con el Prof. Oded Millo de la Universidad Hebrea y con Guy Cohen y el Prof. Eran Rabani de la Universidad de Tel Aviv, construyeron una imagen completa de cómo las impurezas afectan las propiedades de los nanocristales. La dificultad inicial para explicar este proceso resultó ser una gran oportunidad, cuando descubrieron que la impureza afecta al nanocristal de formas inesperadas, resultando en una física nueva e intrigante.

"Tuvimos que usar una combinación de muchas técnicas que, en conjunto, hacen obvio que logramos dopar los nanocristales. Nos tomó cinco años, pero al final lo logramos, "dijo Mocatta.

Este avance se informó recientemente en la prestigiosa revista Ciencias . Establece el escenario para el desarrollo de muchas aplicaciones potenciales con nanocristales, desde la electrónica hasta la óptica, desde la detección hasta las soluciones energéticas alternativas. Los nanocristales dopados se pueden utilizar para fabricar nuevos tipos de nanoláseres, células solares, sensores y transistores, satisfaciendo las exigentes demandas de la industria de los semiconductores.