Nuestros teléfonos inteligentes, tabletas, las computadoras y los biosensores han mejorado debido al rápido aumento de la eficiencia de los semiconductores.

Desde principios del siglo XXI, orgánico, o a base de carbono, Los semiconductores han surgido como un área importante de interés para los científicos porque son económicos, abundante y ligero, y pueden conducir la corriente de formas comparables a los semiconductores inorgánicos, que están hechos de óxidos metálicos o silicio.

Ahora, Los científicos de materiales del California NanoSystems Institute de UCLA han descubierto una forma de hacer que los semiconductores orgánicos sean más potentes y eficientes.

Su avance fue la creación de una estructura mejorada para un tipo de semiconductor orgánico, un bloque de construcción de un polímero conductor llamado tetraanilina. Los científicos demostraron por primera vez que los cristales de tetraanilina se podían cultivar verticalmente.

El avance podría eventualmente conducir a una tecnología muy mejorada para capturar energía solar. De hecho, literalmente podría remodelar las células solares. Los científicos podrían crear "antenas de luz":delgadas, dispositivos en forma de postes que podrían absorber la luz de todas las direcciones, que sería una mejora con respecto a la amplia actual, Paneles planos que solo pueden absorber la luz de una superficie.

El estudio, dirigido por Richard Kaner, profesor distinguido de química y bioquímica y ciencia e ingeniería de materiales, fue publicado recientemente en línea por la revista ACS Nano .

El equipo de UCLA cultivó los cristales de tetraanilina verticalmente a partir de un sustrato, por lo que los cristales se levantaron como picos en lugar de estar planos como lo hacen cuando se producen con las técnicas actuales. Produjeron los cristales en una solución utilizando un sustrato hecho de grafeno, un nanomaterial que consiste en grafito extremadamente delgado, que mide el espesor de un solo átomo. Los científicos habían cultivado previamente cristales verticalmente en materiales semiconductores inorgánicos, incluido el silicio, pero hacerlo en materiales orgánicos ha sido más difícil.

La tetraanilina es un material deseable para semiconductores debido a sus propiedades eléctricas y químicas particulares, que están determinados por la orientación de los cristales muy pequeños que contiene. Los dispositivos como las células solares y los fotosensores funcionan mejor si los cristales crecen verticalmente porque los cristales verticales pueden empaquetarse más densamente en el semiconductor. haciéndolo más potente y más eficiente en el control de la corriente eléctrica.

"Estos cristales son análogos a organizar una mesa cubierta con lápices dispersos en una taza de lápices, "dijo Yue" Jessica "Wang, un ex estudiante de doctorado de UCLA que ahora es un becario postdoctoral en la Universidad de Stanford y fue el primer autor del estudio. "La orientación vertical puede ahorrar una gran cantidad de espacio, y eso puede significar más pequeño, electrónica personal más eficiente en un futuro próximo ".

Una vez que Kaner y sus colegas descubrieron que podían guiar la solución de tetraanilina para hacer crecer cristales verticales, desarrollaron un método de un solo paso para crecer altamente ordenado, Cristales alineados verticalmente para una variedad de semiconductores orgánicos utilizando el mismo sustrato de grafeno.

"La clave fue descifrar las interacciones entre los semiconductores orgánicos y el grafeno en varios entornos de solventes, ", Dijo Wang." Una vez que comprendimos este complejo mecanismo, el cultivo de cristales orgánicos verticales se volvió sencillo ".

Kaner dijo que los investigadores también descubrieron otra ventaja del sustrato de grafeno.

"Esta técnica nos permite modelar cristales donde queramos, ", dijo." Podrías hacer dispositivos electrónicos a partir de estos cristales semiconductores y hacerlos crecer con precisión en patrones intrincados requeridos para el dispositivo que deseas, como transistores de película fina o diodos emisores de luz ".