Las películas hechas de nanocristales semiconductores, diminutos cristales que miden apenas unas mil millonésimas de metro de diámetro, se consideran un nuevo material prometedor para una amplia gama de aplicaciones. Los nanocristales podrían usarse en circuitos electrónicos o fotónicos, detectores de biomoléculas, o los píxeles brillantes en las pantallas de visualización de alta resolución. También son prometedores para células solares más eficientes.
El tamaño de un nanocristal semiconductor determina sus propiedades eléctricas y ópticas. Pero es muy difícil controlar la colocación de nanocristales en una superficie para hacer películas estructuralmente uniformes. Las películas de nanocristales típicas también tienen grietas que limitan su utilidad y hacen imposible medir las propiedades fundamentales de estos materiales.
Ahora, Los investigadores del MIT dicen que han encontrado formas de hacer patrones sin defectos de películas de nanocristales donde la forma y la posición de las películas se controlan con una resolución a nanoescala. potencialmente abriendo un área significativa para la investigación y posibles nuevas aplicaciones.
"Hemos estado tratando de comprender cómo se mueven los electrones en matrices de estos nanocristales, ”Que ha sido difícil con un control limitado sobre la formación de las matrices, dice el físico Marc Kastner, el profesor de ciencia Donner, decano de la Facultad de Ciencias del MIT y autor principal de un artículo publicado en línea en la revista Nano letras .
El trabajo se basa en la investigación de Moungi Bawendi, Lester Wolfe Professor of Chemistry en MIT y coautor de este artículo, quien fue uno de los primeros investigadores en controlar con precisión la producción de nanocristales. Tal control hizo posible, entre otras cosas, para producir materiales que brillen, o fluorescen, en una gama de colores diferentes según sus tamaños, aunque todos están hechos del mismo material.
En las fases iniciales del nuevo trabajo, postdoctorado Tamar Mentzel produjo patrones a nanoescala que emiten luz infrarroja invisible. Pero trabajar en estos sistemas es tedioso, ya que cada ajuste fino debe comprobarse mediante microscopía electrónica, que requiere mucho tiempo. Entonces, cuando Mentzel logró que los patrones de nanocristales semiconductores brillaran con luz visible, haciéndolos visibles a través de un microscopio óptico, significaba que el equipo podía acelerar enormemente el desarrollo de la nueva tecnología. “Aunque los patrones a nanoescala están por debajo del límite de resolución del microscopio óptico, los nanocristales actúan como fuente de luz, haciéndolos visibles, ”Dice Mentzel.
La conductividad eléctrica de las películas sin defectos de los investigadores es aproximadamente 180 veces mayor que la de las películas agrietadas fabricadas con métodos convencionales. Además, El proceso desarrollado por el equipo del MIT ya ha hecho posible la creación de patrones en una superficie de silicio de solo 30 nanómetros de ancho, aproximadamente del tamaño de las características más finas posibles con las técnicas de fabricación actuales.
El proceso es único en la producción de patrones tan diminutos de películas sin defectos, Dice Mentzel. "El truco consistía en conseguir que la película fuera uniforme, y adherirse ”al sustrato de dióxido de silicio, Añade Kastner. Eso se logró dejando una fina capa de polímero para cubrir la superficie antes de depositar la capa de nanocristales encima. Los investigadores conjeturan que pequeñas moléculas orgánicas en la superficie de los nanocristales les ayudan a unirse a la capa de polímero.
Estos patrones de nanocristales podrían tener muchas aplicaciones, Dice Kastner. Debido a que estos nanocristales pueden ajustarse no solo para emitir sino también para absorber un amplio espectro de colores de luz, podrían habilitar un nuevo tipo de célula solar de amplio espectro, él dice.
Pero el interés personal de Kastner y Mentzel tiene más que ver con la física básica:dado que los cristales minúsculos se comportan casi como átomos de gran tamaño, los investigadores pretenden utilizar las matrices para estudiar los procesos fundamentales de los sólidos, Dice Mentzel. El éxito de esta técnica ya ha permitido nuevas investigaciones sobre cómo se mueven los electrones en las películas.
Dichos materiales también podrían usarse para desarrollar detectores sensibles para pequeñas cantidades de ciertas moléculas biológicas, ya sea como sistemas de detección de toxinas o como dispositivos de prueba médica, dicen los investigadores.
Douglas Natelson, un profesor de física y astronomía en la Universidad de Rice que no participó en este trabajo, dice, “El desafío en el pasado ha sido lograr películas uniformes, estampado en alta resolución, con buen contacto entre los nanocristales y sin grietas ". El enfoque del equipo del MIT, él dice, "Aunque engañosamente simple en apariencia, logra todos estos objetivos ".
Natelson añade:“Creo que es un logro muy bonito. Las imágenes de fluorescencia que muestran las películas con nanopatrones son alucinantes, especialmente para aquellos que saben lo difícil que es esto ".
Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.
