Los semiconductores bidimensionales (2-D) son prometedores para la computación cuántica y la electrónica del futuro. Ahora, los investigadores pueden convertir oro metálico en semiconductores y personalizar el material átomo por átomo en nanotubos de nitruro de boro.

El oro es un material conductor que ya se utiliza ampliamente como interconexiones en dispositivos electrónicos. A medida que la electrónica se ha vuelto más pequeña y poderosa, los materiales semiconductores involucrados también se han encogido. Sin embargo, las computadoras se han vuelto lo más pequeñas que pueden con los diseños existentes:para romper la barrera, los investigadores se sumergen en la física subyacente a la computación cuántica y los comportamientos inusuales del oro en la mecánica cuántica.

Los investigadores pueden convertir el oro en puntos cuánticos semiconductores hechos de una sola capa de átomos. Su brecha de energía, o bandgap, está formado por el confinamiento cuántico, un efecto cuántico cuando los materiales se comportan como átomos a medida que sus tamaños se vuelven tan pequeños acercándose a la escala molecular. Estos puntos cuánticos de oro 2-D se pueden utilizar para la electrónica con una banda prohibida que se puede ajustar átomo por átomo.

Hacer los puntos con una monocapa de átomos es complicado y el mayor desafío es personalizar sus propiedades. Cuando se coloca en nanotubos de nitruro de boro, Investigadores de la Universidad Tecnológica de Michigan han descubierto que pueden obtener puntos cuánticos de oro para hacer lo casi imposible. Los mecanismos detrás de hacer que los puntos dorados se agrupen átomo por átomo es el enfoque de su nuevo artículo, publicado recientemente en ACS Nano .

Yugo Khin Yap, profesor de física en Michigan Tech, dirigió el estudio. Explica que el comportamiento que observó su equipo (manipulación a nivel atómico de puntos cuánticos de oro) se puede ver con un microscopio electrónico de transmisión de barrido (STEM). El haz de electrones de alta potencia del STEM permite a investigadores como Yap observar el movimiento atómico en tiempo real y la vista revela cómo los átomos de oro interactúan con la superficie de los nanotubos de nitruro de boro. Básicamente, los átomos de oro se deslizan a lo largo de la superficie de los nanotubos y, se estabilizan en un vuelo estacionario justo encima del panal hexagonal de los nanotubos de nitruro de boro.

El esquí y las paradas atómicas están relacionados con la llamada deposición selectiva de energía. En el laboratorio, el equipo toma una serie de nanotubos de nitruro de boro y la pasa por una niebla cargada de oro; los átomos de oro en la niebla se adhieren como nanopartículas de varias capas o rebotan en el nanotubo, pero algunos de los más energéticos se deslizan a lo largo de la circunferencia del nanotubo y se estabilizan, luego comienzan a agruparse en monocapas de puntos cuánticos de oro. El equipo muestra que el oro se deposita preferentemente detrás de otras partículas de oro que se han estabilizado.

"La superficie de los nanotubos de nitruro de boro es atómicamente lisa, no hay defectos en la superficie, es un panal de abejas perfectamente ordenado, "Yap dijo, agregando que los nanotubos son químicamente inertes y no existe un enlace físico entre los nanotubos y los átomos de oro. "Es muy parecido a esquiar:no se puede esquiar en una colina llena de baches y pegajosa sin nieve, las condiciones ideales lo hacen mucho mejor. La superficie lisa de los nanotubos es como un polvo fresco ".

La búsqueda de nuevos materiales para la electrónica y la computación cuántica del futuro ha llevado a los investigadores por muchos caminos. Yap espera que, al demostrar la eficacia del oro, otros investigadores se sentirán inspirados a prestar atención a otras monocapas de metales a escala molecular.

"Esta es una nanotecnología de ensueño, "Yap dijo." Es una tecnología de escala molecular sintonizable por átomo con un intervalo de banda ideal en los espectros de luz visible. Los dispositivos electrónicos y ópticos son muy prometedores ".

Los próximos pasos del equipo incluyen una mayor caracterización e incorporación de la fabricación de dispositivos para demostrar la electrónica totalmente metálica. Potencialmente, monocapas de átomos metálicos podrían constituir la totalidad de la electrónica futura, lo que ahorrará mucha energía y materiales de fabricación.