Un equipo de investigadores dirigido por el profesor de ETH Zurich, David Norris, ha desarrollado un modelo para aclarar el mecanismo general de formación de nanoplaquetas. Usando pirita, también lograron confirmar su teoría.

Los científicos han estado investigando puntos cuánticos de colores luminosos (QD) desde la década de 1980. Estos nanocristales son ahora parte de nuestra vida cotidiana:la industria electrónica los utiliza en televisores LCD para mejorar la reproducción del color y la calidad de la imagen.

Los puntos cuánticos son nanocristales esféricos hechos de un material semiconductor. Cuando estos cristales son excitados por la luz, brillan en verde o rojo, dependiendo de su tamaño, que suele estar entre 2 y 10 nanómetros. Las formas esféricas se pueden producir de forma muy controlada.

Cristales rectangulares ultrafinos

Hace unos pocos años, un nuevo tipo de nanocristal llamó la atención de los investigadores más o menos por casualidad:las nanoplaquetas. Como puntos cuánticos, estas estructuras bidimensionales tienen solo unos pocos nanómetros de tamaño, pero tener un plano más uniforme, forma rectangular. Son extremadamente delgados a menudo solo el ancho de unas pocas capas atómicas, dando a las plaquetas una de sus propiedades más llamativas:su color extremadamente puro.

Hasta ahora, el mecanismo que explica cómo se forman estas plaquetas ha sido un misterio. En colaboración con un investigador de EE. UU., El profesor de ETH David Norris y su equipo ahora han resuelto este misterio:"Ahora sabemos que no hay magia involucrada en la producción de nanoplaquetas, sólo ciencia ”, subrayó el catedrático de Ingeniería de Materiales.

En un estudio recién publicado en la revista científica Materiales de la naturaleza , Los investigadores muestran cómo las nanoplaquetas de seleniuro de cadmio adquieren su forma plana particular.

Crecimiento sin plantilla

Los investigadores habían asumido previamente que esta forma altamente precisa requería un tipo de plantilla. Los científicos sospecharon que una mezcla de compuestos especiales y solventes producía una plantilla en la que se formaban estos nanocristales planos.

Sin embargo, Norris y sus colegas no encontraron evidencia de que tales plantillas de formas tuvieran algún papel. De lo contrario, descubrieron que las plaquetas pueden crecer mediante la simple fusión de las sustancias crudas, carboxilato de cadmio y selenio, sin disolvente alguno.

Modelo de crecimiento teórico ideado

Luego, el equipo tomó este conocimiento y desarrolló un modelo teórico para simular el crecimiento de las plaquetas. Gracias a este modelo, los científicos muestran que un núcleo cristalizado se produce espontáneamente con unos pocos átomos de cadmio y selenio. Este núcleo cristalizado puede disolverse nuevamente y reconfigurarse en una forma diferente. Sin embargo, una vez que ha superado un tamaño crítico, crece para formar una plaqueta.

Por razones relacionadas con la energía, el cristal plano crece solo en su lado estrecho, hasta 1, 000 veces más rápido que en su lado plano. El crecimiento en el lado plano es significativamente más lento porque involucraría más átomos mal enlazados en la superficie, requiriendo energía para estabilizarlos.

Modelo verificado experimentalmente

Por último, Los investigadores también lograron confirmar su modelo experimentalmente mediante la creación de nanoplaquetas de pirita (FeS2) en el laboratorio. Produjeron las plaquetas exactamente de acuerdo con la predicción del modelo utilizando iones de hierro y azufre como sustancias base.

"Es muy interesante que pudiéramos producir estos cristales por primera vez con pirita, ", dice Norris. Eso nos mostró que podemos ampliar nuestra investigación a otros materiales". El seleniuro de cadmio es el material semiconductor más común utilizado en la investigación de nanocristales; sin embargo, es muy tóxico y, por tanto, inadecuado para el uso diario. El objetivo de los investigadores es producir nanoplaquetas hechas de sustancias menos tóxicas o no tóxicas.

Dar luz verde a un mayor desarrollo

En el presente, Norris solo puede especular sobre el potencial futuro de las nanoplaquetas. Dice que pueden ser una alternativa interesante a los puntos cuánticos, ya que ofrecen varias ventajas; por ejemplo, pueden generar colores como el verde mejor y más brillantes. También transmiten energía de manera más eficiente, lo que los hace ideales para su uso en células solares, y también serían adecuados para láseres.

Sin embargo, también tienen varias desventajas. Puntos cuánticos, por ejemplo, permiten un color infinitamente variable a través de la formación de cristales de diferentes tamaños. No es así en el caso de las plaquetas:debido a la estratificación de las capas atómicas, el color solo se puede cambiar de forma incremental. Afortunadamente, esta limitación se puede mitigar con ciertos "trucos":encapsulando las plaquetas en otro semiconductor, la longitud de onda de la luz emitida se puede sintonizar con mayor precisión.

Solo el tiempo dirá si este descubrimiento atraerá el interés de la industria de las pantallas. Algunas empresas utilizan actualmente tecnología LED orgánica (OLED), mientras que otros usan puntos cuánticos. No está claro cómo evolucionará la tecnología. Sin embargo, La capacidad de investigar una amplia variedad de materiales de nanoplaquetas debido a este trabajo puede proporcionar al enfoque de nanocristales semiconductores una nueva ventaja.