Electrónica moderna como la conocemos, desde televisores hasta ordenadores, dependen de materiales conductores que pueden controlar las propiedades electrónicas. A medida que la tecnología se reduce a dispositivos de comunicación de bolsillo y microchips que pueden caber en la cabeza de un alfiler, Los materiales conductores de tamaño nanométrico tienen una gran demanda.

Ahora, Prof. Eran Rabani de la Facultad de Química de la Universidad de Tel Aviv en la Facultad de Ciencias Exactas Raymond y Beverly Sackler, en colaboración con los Profs. Uri Banin y Oded Millo en la Universidad Hebrea, ha podido demostrar cómo se pueden dopar los nanocristales semiconductores para cambiar sus propiedades electrónicas y utilizarse como conductores. Esto abre un mundo de posibilidades, dice el profesor Rabani, en términos de aplicaciones de pequeños dispositivos electrónicos y electroópticos, como diodos y fotodiodos, componentes eléctricos utilizados en teléfonos móviles, cámaras digitales, y paneles solares.

Los paneles solares suelen estar hechos de una unión pn. Cuando absorben la luz, la unión separa los electrones cargados negativamente y los huecos cargados positivamente, produciendo una corriente eléctrica, explica el profesor Rabani. "Con este nuevo método para dopar nanocristales para hacerlos de tipo p y n, Esperamos que los paneles solares no solo sean más eficientes, pero más barato también, ", dice. Esta investigación se ha publicado recientemente en la revista Science.

Progreso cristalino

Según el profesor Rabani, La búsqueda para dopar eléctricamente nanocristales ha sido una batalla cuesta arriba. Los cristales mismos tienen la capacidad de auto-purificarse, lo que significa que se limpian de dopantes. También, él añade, Algunos de los métodos sintéticos para el dopaje eran problemáticos a nanoescala:los cristales no podían resistir las técnicas de dopaje aplicables a los semiconductores a granel.

La clave, explica el profesor Rabani, era encontrar un método para dopar los nanocristales sin "blanquear" sus propiedades ópticas y, por lo tanto, anular sus capacidades de absorción. Si puedes dopar nanocristales de esta manera, él dice, abre la puerta a muchas aplicaciones prácticas basadas en materiales nanocristalinos. "Todo lo que puedas hacer con los nanocristales, puede hacer con nanocristales dopados y más controlando sus propiedades electrónicas ".

Estos desafíos se evitaron con el uso de reacciones controladas por difusión a temperatura ambiente. Los cristales se bañaron en una solución que incluía los dopantes, donde la difusión lenta permitió que las impurezas encontraran su camino hacia el nanocristal.

Los investigadores utilizaron un microscopio de efecto túnel (STM), un dispositivo que visualiza superficies a nivel atómico, para determinar el éxito de su procedimiento de dopaje. Estas mediciones indicaron cómo la energía de Fermi de los nanocristales cambió al doparse, una característica clave en el control de las propiedades electrónicas de los dispositivos electrónicos. Los resultados, toma nota del Prof. Rabani, indican que los nanocristales han sido dopados con ambos dopantes de tipo n, indicando la presencia de electrones en exceso en los nanocristales, y tipo p, que aportan agujeros cargados positivamente a los semiconductores. Esto permitirá su uso en electrónica que requiera una unión pn, como paneles solares, la luz emite diodos, y más.

Ampliando el espectro de nanocristales

El profesor Rabani y sus colegas investigadores no solo lograron dopar nanocristales sin blanquear sus propiedades ópticas, pero también pudieron controlar las propiedades ópticas, a saber, la gama de colores que producen los nanocristales. Una vez dopado, las partículas de nanocristales podrían cambiar de color, volviéndose más rojo o azul. El profesor Rabani y sus colegas pudieron desarrollar una teoría para explicar estas observaciones.

El profesor Rabani dice que esta tecnología puede recorrer un largo camino. Dopaje de semiconductores, el explica, ha sido fundamental para el desarrollo de la tecnología. "Paralelamente a esto, también sabemos que queremos hacer componentes eléctricos muy pequeños. Una gran parte de la electrónica u óptica del futuro se basará en nanopartículas de dopaje ".