Los avances de nuestra era electrónica se basan en nuestra capacidad para controlar cómo se mueve la carga eléctrica, del punto A al punto B, a través de circuitos. Hacerlo requiere una precisión particular, para aplicaciones que van desde computadoras, sensores de imagen y células solares, y esa tarea recae en los semiconductores.

Ahora, Un equipo de investigación de las escuelas de Ingeniería y Ciencias Aplicadas y Artes y Ciencias de la Universidad de Pensilvania ha demostrado cómo controlar las características de los nanocables semiconductores hechos de un material prometedor:el seleniuro de plomo.

Dirigido por Cherie Kagan, profesor en los departamentos de Ingeniería Eléctrica y de Sistemas, Ciencia e Ingeniería de Materiales y Química y codirector de Pennergy, El centro de Penn se centró en el desarrollo de tecnologías de energía alternativa, La investigación del equipo fue realizada principalmente por David Kim, estudiante de posgrado en el programa de Ciencia e Ingeniería de Materiales.

El trabajo del equipo se publicó en línea en la revista. ACS Nano y aparecerá en el podcast de abril del Journal.

La contribución clave del trabajo del equipo tiene que ver con el control de las propiedades conductoras de los nanocables de seleniuro de plomo en los circuitos. Los semiconductores vienen en dos tipos, n y p, refiriéndose a la carga negativa o positiva que pueden llevar. Los que mueven electrones, que tienen una carga negativa, se llaman "tipo n". Sus contrapartes de "tipo p" no mueven protones, sino más bien la ausencia de un electrón, un "agujero", que es el equivalente a mover una carga positiva.

Antes de que se integren en los circuitos, el nanoalambre semiconductor debe estar "conectado" a un dispositivo. Los electrodos metálicos deben colocarse en ambos extremos para permitir que la electricidad entre y salga; sin embargo, el "cableado" puede influir en las características eléctricas observadas de los nanocables, si el dispositivo parece ser de tipo n o tipo p. Contaminación, incluso desde el aire, también puede influir en el tipo de dispositivo. A través de una rigurosa síntesis sin aire, purificación y análisis, mantuvieron limpios los nanocables, permitiéndoles descubrir las propiedades únicas de estos nanomateriales de seleniuro de plomo.

Los investigadores diseñaron experimentos que les permitieron separar la influencia del "cableado" metálico en el movimiento de los electrones y los huecos del comportamiento intrínseco de los nanocables de seleniuro de plomo. Controlando la exposición del dispositivo de nanocables semiconductores al oxígeno o la hidracina química, pudieron cambiar las propiedades conductoras entre el tipo py el tipo n. Alterando la duración y concentración de la exposición, el tipo de dispositivo de nanocables se puede girar hacia adelante y hacia atrás.

"Si expone las superficies de estas estructuras, que son exclusivos de los materiales a nanoescala, puedes hacerlos tipo p, puedes hacerlos de tipo n, y puedes hacerlos en algún punto intermedio, donde puede conducir tanto electrones como huecos, ", Dijo Kagan." Esto es lo que llamamos 'ambipolar' ".

Los dispositivos que combinan un semiconductor de tipo ny uno de tipo p se utilizan en muchas aplicaciones de alta tecnología, que van desde los circuitos de la electrónica cotidiana, a células solares y termoeléctricas, que puede convertir el calor en electricidad.

"Pensar en cómo podemos construir estas cosas y aprovechar las características de los materiales a nanoescala es realmente lo que permite esta nueva comprensión, "Dijo Kagan.

Descubrir las características de los materiales a nanoescala y su comportamiento en las estructuras de los dispositivos son los primeros pasos para anticipar sus aplicaciones.

Estos nanocables de seleniuro de plomo son atractivos porque pueden sintetizarse mediante métodos de bajo costo en grandes cantidades.

"En comparación con la gran maquinaria, es necesario fabricar otros dispositivos semiconductores, es significativamente más barato, ", Dijo Kagan." No parece mucho más complicado que las capuchas que la gente reconocería cuando tuvieron que tomar el laboratorio de química ".

Además del bajo costo, el proceso de fabricación de los nanocables de seleniuro de plomo es relativamente fácil y consistente.

"No es necesario ir a altas temperaturas para obtener cantidades masivas de estos nanocables de seleniuro de plomo de alta calidad, "Dijo Kim." Las técnicas que usamos son de alto rendimiento y alta pureza; podemos usarlos todos ".

Y debido a que las cualidades conductoras de los nanocables de seleniuro de plomo se pueden cambiar mientras están situados en un dispositivo, tienen una gama más amplia de funciones, a diferencia de los semiconductores de silicio tradicionales, que primero debe ser "dopado" con otros elementos para hacerlos "p" o "n".

El trabajo del equipo de Penn es un paso hacia la integración de estos nanomateriales en una gama de dispositivos electrónicos y optoelectrónicos, como fotosensores.