Un enfoque novedoso para el cultivo de nanocables promete un nuevo medio de control sobre sus propiedades electrónicas y de emisión de luz. En un número reciente de Nano letras , Científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de EE. UU. (Berkeley Lab) demostraron una nueva técnica de crecimiento que utiliza catalizadores especialmente diseñados. Estos catalizadores, que son precursores del crecimiento de los nanocables, han dado a los científicos más opciones que nunca para cambiar el color de los nanocables emisores de luz.

El nuevo enfoque podría potencialmente aplicarse a una variedad de materiales y usarse para fabricar dispositivos de próxima generación, como células solares, la luz emite diodos, electrónica de alta potencia y más, dice Shaul Aloni, científico del personal de la Fundición Molecular de Berkeley Lab, una instalación para usuarios del DOE, y autor principal del estudio.

Desde principios de la década de 2000, Los científicos han hecho un progreso constante en el cultivo de nanocables. Inicialmente, Las primeras muestras de nanocables se parecían a "fideos enredados o bosques devastados por incendios forestales, "según los investigadores. Más recientemente, Los científicos han descubierto que varias condiciones conducen al crecimiento de matrices de nanocables más ordenadas.

Por ejemplo, Ciertos sustratos sobre los que crecen los nanocables crean condiciones para que la orientación de crecimiento del nanoalambre sea dictada por la estructura cristalina subyacente del sustrato. Desafortunadamente, este y otros enfoques no han sido infalibles y algunos nanocables todavía se vuelven rebeldes.

Es más, No existe una forma sencilla de cultivar diferentes tipos de nanocables en el mismo entorno y sobre el mismo sustrato. Esto sería útil si quisiera cultivar selectivamente nanocables con diferentes propiedades electrónicas u ópticas en el mismo lote, por ejemplo.

"En Molecular Foundry estamos apuntando a desarrollar nuevas estrategias y agregar nuevas herramientas a la bolsa de trucos utilizados para la síntesis de nanomateriales, ", dice Aloni." Durante años estuvimos buscando formas más inteligentes de cultivar nanoestructuras con diferentes propiedades ópticas en condiciones de crecimiento idénticas. La ingeniería del catalizador nos acerca al logro de este objetivo ".

Los investigadores se centraron en nanocables hechos de nitruro de galio. En su forma a granel (no nanoescala), El nitruro de galio emite luz en el rango azul o ultravioleta. Si se le agregan átomos de indio, la gama se puede ampliar para incluir rojo, esencialmente lo que la convierte en una fuente de luz sintonizable de amplio espectro en el rango visible.

El problema es que la adición de átomos de indio pone en tensión la estructura cristalina del nitruro de galio, lo que conduce a dispositivos de bajo rendimiento. Nanocables de nitruro de galio, sin embargo, no experimente el mismo tipo de tensión cristalina, por lo que los científicos esperan usarlos como sintonizables, fuentes de luz de amplio espectro.

Para lograr su control, el equipo se centró en la catálisis que guía el crecimiento de los nanocables. Normalmente, los investigadores utilizan catalizadores hechos de un solo metal. El equipo de Berkeley decidió utilizar mezclas metálicas de oro y níquel, llamadas aleaciones, como catalizadores en su lugar.

En el estudio, Los investigadores encontraron que la orientación de crecimiento de los nanocables de nitruro de galio dependía en gran medida de la concentración relativa de níquel y oro dentro del catalizador. Alterando las concentraciones en la aleación, los investigadores pudieron manipular con precisión, incluso en el mismo sustrato en el mismo lote, la orientación de los nanocables.

"Nadie había usado catalizadores bimetálicos para controlar la dirección del crecimiento antes, "dice Tevye Kuykendall, científico de la fundición molecular de Berkeley Lab. Kuykendall dice que el mecanismo que impulsa el nuevo proceso de crecimiento no se comprende completamente, pero involucra las diferentes tendencias del oro y el níquel para alinearse con varias superficies cristalográficas en el punto donde los nanocables comienzan a crecer.

Los investigadores también demostraron que, dependiendo de la dirección de crecimiento elegida, Se observaron diferentes propiedades ópticas gracias a las superficies cristalinas expuestas en la superficie del nanoalambre. "Una de las cosas que hacen que las nanoestructuras sean interesantes, es que la superficie juega un papel más importante en la definición de las propiedades del material, "dice Aloni. Esto conduce a cambios en las propiedades ópticas que no se ven en materiales a granel más grandes, haciéndolos más útiles.

Aloni dice que el equipo se centrará a continuación más en la química de las diferentes superficies de nanocables para adaptar aún más las propiedades ópticas de los nanocables.